Tvrdá voda je voda, ktorá obsahuje vysoké množstvo Ca2+ a / alebo mg2+. Niekedy Mn2+ a ďalšie viacmocné katióny sú zahrnuté v mierke tvrdosti. Poznámka: voda môže podľa tejto definície obsahovať minerály a napriek tomu sa nemusí považovať za tvrdú. Tvrdá voda sa prirodzene vyskytuje za podmienky, že voda presakuje uhličitanom vápenatým alebo uhličitanom horečnatým, ako je krieda alebo vápenec.
Dočasná tvrdosť je charakterizovaná rozpustenými hydrogenuhličitanovými minerálmi (hydrogenuhličitan vápenatý a hydrogenuhličitan horečnatý), ktoré poskytujú katióny vápnika a horčíka (Ca2+, Mg2+) a uhličitanové a hydrogenuhličitanové anióny (CO32−, HCO3−). Tento druh tvrdosti vody sa môže znížiť pridaním hydroxidu vápenatého do vody alebo jeho varom.
Trvalá tvrdosť sa zvyčajne spája so síranom vápenatým a / alebo síranom horečnatým vo vode, ktorý sa pri varení vody nezráža. Celková trvalá tvrdosť je súčtom tvrdosti vápnika plus tvrdosti horčíka. Tento typ tvrdej vody môže byť zmäkčený pomocou iónomeničovej kolóny alebo zmäkčovača vody.