Vienas iš sieros rūgšties paruošimo būdų yra sieros trioksido (SO3) molekulės hidratavimas vandens (H2O) molekule. Reakcija yra SO3 + H2O → H2SO4. Akivaizdu, kad sieros rūgštis yra glaudžiai susijusi su vandeniu; be to, jis visiškai tirpsta vandenyje. Koncentruotos sieros rūgšties derinimas su vandeniu yra potencialiai pavojingas, nes reakcija gali būti smarki. Taip yra todėl, kad abi medžiagos sąveikauja – ne tik per vieną ar du mechanizmus, bet ir per daugybę mechanizmų, kurių kiekvienas laipsniškai padidina bendrą energijos išsiskyrimą.
Gryna sieros rūgštis yra ne tik polinė; jis iš tikrųjų gali jonizuotis per protonų perdavimą, procesą, žinomą kaip „automatinė protolizė“. Ši jonizacijos reakcija parašyta 2 H2SO4 → [H3SO4]+[HSO4]-. Dėl šio reiškinio sieros rūgštis ir vanduo lengviau sudaro vandenilinius ryšius. Tokiu būdu energija šilumos pavidalu patenka į aplinkinę sistemą.
Visur, kur yra vandenilio, azoto, deguonies ir fluoro atomai, gali susidaryti silpnos jungtys, vadinamos „vandenilio ryšiais“. Sieros rūgšties atveju vienas ar du vandenilio jonai gali palikti rūgštį ir susieti su netoliese esančiomis vandens molekulėmis. Tokie teigiamai įkrauti „hidronio“ jonai (H3O+) lengvai susidaro, nes vandens molekulių deguonies atomai sudaro elektronų turtingą aplinką, į kurią patenka vandenilio jonai. Hidronio jonų geometrija yra simetriškesnė nei vandens molekulės. Tai leidžia tolygiai paskirstyti krūvį, o tai padidina energijos išsiskyrimą į sistemą, kai sieros rūgštis ir vanduo sujungiami.
Dar vienas energijos išsiskyrimas, kurį skatina simetrija, yra dvigubai įkrauto sulfato anijono (SO4-2) susidarymas. Du laisvieji elektronai gali apsigyventi bet kuriame iš keturių deguonies atomų. Panašūs krūviai atstumia vienas kitą ir tokiu būdu išleidžia energiją į sistemą, jei gali išeiti į išorines jono sritis; aišku, kad šis veiksmas išskiria energiją, o atvirkščiai – sujungdami panašius krūvius – paima energiją. Didelės sieros rūgšties ir vandens dielektrinės konstantos užtikrina aukštą įkrovos ekranavimą, kai jie sujungiami. Pridėkite prie šio tolimesnio stabilizavimo, kurį įgalina papildomi vandens sluoksniai, supantys vidinį vandeniliu susietą sluoksnį.
Dėl minėtų priežasčių reikia būti atsargiems derinant koncentruotą sieros rūgštį ir vandenį. Rūgštis į maišomą vandenį turi būti pilama palaipsniui, o ne atvirkščiai. Tai apsaugo nuo per didelio karščio išsiskyrimo, dėl kurio staiga užvirsta, o rūgštis smarkiai išsiskiria ant odos arba į akis. Sieros rūgšties ir vandens derinys naudojamas trąšų gamyboje, plieno gamyboje, kraft masės balinimui ir automobilių akumuliatoriams.