这类反应的最简单表示式如下：
氧化剂＋还原剂→产物
(OX) (RE)
反应速率表达式为
天然水体中常见的氧化剂有：O2、NO3-、NO2-、Fe3 、SO42-、S、CO2、HCO3-（氧化能力依次递减）
此外还有浓度甚低的H2O2、O3及自由基HO·、HO2·等，它们大多是水中光化学反应的产物。
天然水体中常见的还原剂有：
有机物、H2S、S、FeS、NH3、NO2-（还原能力依次递减）
4.5.2.2 光化学氧化还原反应
光化学氧化还原反应的最简单表示式如下（以AY表示反应物分子）；
以上反应包含两个步骤，第一步是光分解反应，第二步是氧化还原反应。决定第一步骤反应速率的因素有分子对光量子的吸收截面s 、过程的量子产额j 和光通量I。其反应速率表达式为：
实际计算很不简单，例如自然环境中的光通量就是时刻变化又难以定量把握的一个参数。引起AY分子受激发的光量子可直接来自照射水面的阳光；另一种可能情况是激发分子所需能量间接来自光敏物质。天然水中所含腐植质、核黄素等都可能作为光敏物质，它们受光照后首先接受光量子，随即达到激发态，然后将能量传送给邻近的AY分子，或其自身先发生光分解反应，同时将反应释出能量交付给AY分子，由此发生间接光分解反应（有的光敏物质能在反应过程中再生，它就成了光催化剂）。迄今所作有关光化学氧化作用的研究工作大多集中在水系中有机物（特别是卤代化合物）受光照分解并进而与自由基作用后被氧化的机理和动力学方面内容。对于含高价态元素的无机物或诸如Fe（Ⅲ）-腐植质之类络合物在水系中被光化学还原的工作也多在研究之中。
4.5.2.3 生物氧化还原反应
就化学本质来说，光合作用、化能合成作用和呼吸作用都是生物氧化还原反应过程。化能自养细菌使无机物质氧化而获得能量，再利用所得能量将二氧化碳还原而得到能用于组建本身细胞组织的有机物。异养细菌则靠摄取水体中有机物并通过氧化有机物即呼吸作用而达到同样目的。由于水体中有机污染物在呼吸作用过程中被降解，所以这种过程对水质能产生很大的影响。
细菌的呼吸过程由细菌细胞内部的各种氧化还原酶和一系列辅酶加以催化完成，被细菌所摄取的有机物质经降解的后期产物是生成各种有机酸。在有氧条件下进一步直达到无机化，其最终产物是CO2、H2O及NO3-、SO42-等。在缺氧条件下则进行反硝化、反硫化、甲烷发酵、酸性发酵等各种过程，其最终产物除CO2和H2O外，还有NH3、H2S、CH4、有机酸、醇等。
在水体溶解氧充分的条件下，总是优先进行以O2为电子受体的有氧呼吸，这时无机的或有机的电子给体被氧化。只是在O2不足的情况下，才依次利用较弱的电子受体，它们是NO3-、Fe（Ⅲ）、Mn（Ⅳ）、SO42-、CO2等。以糖类为例，在不同条件下，发生不同反应的情况如表4—12所示。