使用者在测pH时，并不是直接在测氢离子（H+）的浓度，而是在测氢离子活动程度的负对数值。这就可以测出溶液内氢离子的有效浓度。
这样，pH 7就等于10-7M（摩尔）时的氢离子活动程度。由于在水溶液中水游离入氢离子（H+）和氢氧根离子（OH-）内，因此按以下平衡反应对pH进行描述。
大多数pH读数范围是0到14。氢离子活动程度比水大的溶液（pH<7）是酸性的；比水小的（pH>7）是碱性的。
使用电极测pH时是通过测电位实现的。就是说，测量是以电信号为依据的。pH电极在接触溶液时，其玻璃膜上会形成一随pH变化而变化的电势，且该电势需另一个恒定的电势来进行比较。参比电极就是用来提供这一恒定电势的，它不会因溶液中pH值的浓度而变化。
在酸性或碱性溶液内，膜外表面上的电势与氢离子活动程度的变化成线性比，计算公式如下：
此处：
E = 总的电势差（以mV测量） E0 = 标准电势 R = 气体常量 T = 绝对温度 n = 电子数量 F = 法拉第常量 [H+] = 氢离子活度
任何溶液的pH都受温度的影响，电极的输出电压和pH的变化成线性关系。溶液的温度决定这一线性反应的斜率。25°C时，一个pH单位对应于59.16mV，这是所有校正都要参考使用的标准电压和温度。一支pH电极由两部分组成；指示电极和参比电极。如今，在多数应用场合下这两部分都做入同一支复合电极壳体内。
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