当硫酸溶解于水时，包括两个过程，硫酸分子向水中扩散是物理过程，这个过程要吸收一定的热量；另一过程是化学过程，即硫酸分子跟水分子化合，生成水合氢离子，这个过程要放出一定的热量。整个过程可以表示如下：
H2SO4+H2O = H3O+ + HSO4-
HSO4- + H2O = H3O+ ＋SO42-
总的反应可表示为：
H2SO4 + 2H2O = 2H3O+ +
SO42-
硫酸跟水能生成相当稳定的水合物，如H2SO4·H2O、H2SO4·2H2O、H2SO4·4H2O等(在低温时，这些水合物可以从溶液里以晶体形式析出)。由于形成水合氢离子和各种水合物时放出大量的热(1mol H2SO4在20 ℃时与过量的水混合，溶解热为85.5 kJ·mol-1)，放出的热量多于吸收的热量，因此，稀释浓硫酸时会放出大量的热