含有鈣鎂鹽類等礦物質(zhì)的水叫做“硬水”。如河水、湖水、井水、泉水和自來水都是硬水。剛下的雨雪，水里不含礦物質(zhì)，是“軟水”。
水垢和水渣的形成是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程。這個過程分為兩步：第一步為水燒開或加熱（60～70℃以上）后，一部分水蒸發(fā)了，水中鈣鎂鹽類物質(zhì)濃度逐漸升高達(dá)到過飽和狀態(tài)，并從水中析出；第二步為結(jié)晶的鈣鎂鹽類物質(zhì)在受熱面上形成各種不同密度和不同成分的固體附著物水垢或懸浮在溶液中成為水渣。
成為水垢還是成為水渣不僅取決于它們的化學(xué)成分和結(jié)晶狀態(tài)，而且還與析出的條件有關(guān)。如在省煤器、給水管道中，水中析出的碳酸鈣常常結(jié)成堅(jiān)硬的水垢。而在鍋爐的受熱面中，如果水的堿度較強(qiáng)，又處于劇烈的沸騰狀態(tài)，則析出的碳酸鈣常形成海綿狀的松軟水渣。
“硬水”中鈣鎂鹽類物質(zhì)的飽和指數(shù)如果未超過或正好在飽和的臨界點(diǎn)上，就不會有水垢生成。同樣，在“軟水”中如果超出了飽和指數(shù)也會產(chǎn)生水垢。
飽和指數(shù)由水的PH值（酸堿度）決定。PH值越低，水中的酸性越強(qiáng)，飽和指數(shù)越高，所能溶解的礦物質(zhì)成分也就越多；PH值越高，水中的堿性越強(qiáng)，飽和指數(shù)越低，所能溶解的礦物質(zhì)成分也就越少。對水加熱、水壓降低（如打開水龍頭等）、在水中添加化學(xué)品劑等都會導(dǎo)致PH值升高。
最初所形成的過飽和狀態(tài)溶液很不穩(wěn)定，開始時是在過飽和溶液中鹽類結(jié)晶核心上，極小的微粒逐漸長大成顆粒，最后形成粗結(jié)晶體或絮狀的水垢或水渣。形成水垢或水渣，不僅與鹽類物質(zhì)的化學(xué)成分有關(guān)，而且還取決于鹽類雜質(zhì)和受熱面之間物理化學(xué)因素。如果金屬受熱面粗糙并有凸起時，便會在過飽和溶液產(chǎn)生固態(tài)的結(jié)晶核。金屬受熱面氧化層有相當(dāng)大的附著力，它可成為金屬壁與析出結(jié)晶沉淀物的粘結(jié)中間層。因此，金屬表面粗糙或覆蓋一層氧化物時，鹽類雜質(zhì)沉淀出來將主要成為水垢；相反在光潔的受熱金屬面上，則多呈水渣。