Czysty kwas siarkowy (ciężar cząst. 98,082) jest cieczą bezbarwną o konsystencji oleistej, prawie dwa razy cięższą od wody (djs = 1,836 g/cm3. Trzymany przez dłuższy czas w temperaturze 0°C, krzepnie na masę krystaliczną, topniejącą w 10,35°C. Ta skłonność do przechładza- nia się ciekłego H2SC>4 wynika z jego dużej lepkości, dzięki której powstawanie i wzrost kryształów jest utrudniony. Prężność pary kwasu siarkowego w niskich temperaturach jest znikomo mała: kwas siarkowy należy do kwasów nielotnych. Podczas ogrzewania czysty kwas siarkowy traci częściowo trójtlenek siarki, wskutek czego powstaje w nim pewna ilość wody. Kwas o zawartości 1,7% wody ma maksymalną temperaturę wrzenia 338°C, stanowi więc mieszaninę azeotropową.
Z wodą kwas siarkowy miesza się w każdym stosunku. Podczas rozpuszczania w nadmiarze wody wydziela się bardzo dużo ciepła, bo aż 20,42 kcal na 1 g-cz. H2SO4. Przez dolewanie wody do kwasu siarkowego można doprowadzić ją do temperatury wrzenia, powodując rozpryskiwanie cieczy. Należy to mieć na uwadze podczas przyrządzania roztworów kwasu siarkowego i nigdy nie dodawać wody do kwasu, lecz przeciwnie wlewać cienkim strumieniem kwas do wody.
Jednocześnie z wydzieleniem ciepła podczas mieszania kwasu siarkowego z wodą następuje dość znaczne zmniejszenie objętości. Gęstości mieszanin wody i kwasu siarkowego nie da się więc obliczyć na podstawie ich składu. Jeśli jednak mieszanina nie zawiera innych zanieczyszczeń, to jej skład można oznaczyć z pomiarów gęstości, opierając się na danych empirycznych, zebranych w tablicy 40. Posługiwanie się tablicą 40 do oznaczenia zawartości wody w kwasie siarkowym zawodzi
W tym obszarze stężeń obserwuje się bowiem występowanie bardzo płaskiego maksimum gęstości (1,8415 g/cm3), przypadającego na kwas mniej więcej 97,35%-owy. Kwas siarkowy tworzy z wodą kilka hydratów, z których jeden