pH試紙的應用是非常廣泛的，pH的反應原理是基於pH指示劑法，一般的pH分析試紙中含有甲基紅[pH4.2(紅)~6.2(黃)]，溴甲酚綠[pH3.6(黃)~5.4(綠)]溴百里香酚藍[6.0(黃色)～7.6(藍色)]，這些混合的酸鹼指示劑適量配合可以反映pH4.5~9.0的變異範圍。
以酚酞在不同酸鹼條件下變色規律為例說明PH試紙的變色原理：
把酚酞滴入濃H₂SO₄，呈現橙色，不論振盪多長時間，其顏色都不變。若把該橙色液配入大量水中，得無色液。酚酞滴入稀NaOH溶液呈紫紅色，將酚酞滴入濃NaOH溶液(濃度大於2mol/l)，開始時濃NaOH溶液表面酚酞滴入處會出現一些紫紅色、略加振盪紫紅色立即消失。其實，這是酚酞在不同的酸鹼條件下，因其結構的改變而呈現4種相應的變色情況。
H₂O+ H₂O=H⁺ + OHˉ
由於水合氫離子(H₃O)的濃度是與氫離子(H⁺)濃度等同看待，上式可以簡化成下述常用的形式：
H₂O=H⁺ + OHˉ
此處正的氫離子人們在化學中表示為“ 離子”或“氫核”。水合氫核表示為“水合氫離子”。負的氫氧根離子稱為“氫氧化物離子”。
利用質量作用定律，對於純水的離解可以找到一平衡常數加以表示：
由於水只有極少量被離解，因此水的克分子濃度實際為一常數，並且有平衡常數K可求出水的離子積KW。
KW=K×H₂O KW = H₃O⁺·OH⁺=10ˉ⁷·10ˉ⁷=10ˉ¹⁴mol/l(25℃)
也就是說，對於一升純水在25℃時存在10ˉ⁷摩爾氫離子和10ˉ⁷摩爾OHˉ離子。
在顯中性溶液中，氫離子 和氫氧根離子OHˉ的濃度都是10ˉ⁷mol/l。
如：假如有過量的氫離子 ，則溶液呈酸性。酸是能使水溶液中的氫離子游離的物質。同樣，如果氫離子 並使OHˉ離子游離，那麼溶液就是鹼性的。所以，給出 值就足以表示溶液的特性，呈酸性鹼性，為了免於用此克分子濃度負冥指數進行運算，生物學家澤倫森(Soernsen)在1909年建議將此不便使用的數值用對數代替，並定義為“pH值”。數學上定義pH值為氫離子濃度的常用對數負值。
因此，pH值是離子濃度以10為底的對數的負數：
酸性 < 中性 < 鹼性
