Węgiel występuje w wodzie w postaci gazowej i stałej, jako dwutlenek węgla (CO2) oraz w postaci jonów wodorowęglowych i węglanowych. Dwutlenek węgla jest podstawowym materiałem w procesie fotosyntezy (zachodzącej w roślinach zielonych i w zielonych bakteriach siarkowych) oraz w związkach organicznych węgla. Ma on istotne znaczenie w regulacji zawartości wapnia w wodzie oraz wpływa na odczyn wody (kwasowość i zasadowość). Wiązany w procesie fotosyntezy, węgiel mineralny staje się składnikiem związków organicznych, np. białka, cukrów, a także kwasów organicznych humusowych. Związki te są wydzielane zarówno podczas fotosyntezy, jak i autolizy komórek oraz w procesie bakteryjnego rozkładu. Węgiel w postaci dwutlenku pochodzi z atmosfery, procesów fermentacyjnych i oddechowych, a w postaci kwaśnych węglanów wapnia i magnezu wymywany jest z gleby.
Azot dostaje się do wody z atmosfery, zwłaszcza w czasie wyładowań elektrycznych, oraz podczas procesów redukcji amoniaku przez bakterie. Zachowuje się jako gaz obojętny i trudno reaguje z innymi pierwiastkami. Jego związki dostają się do zbiorników wraz ze spływającą i przesiąkającą wodą z pól, szczególnie silnie nawożonych lub z wpływającym ściekiem. Źródłem związków organicznych zawierających azot jest rozkładająca się materia organiczna wyprodukowana w zbiorniku lub naniesiona przepływem. Azot w postaci związku z tlenem, wodorem i węglem jest elementem biogennym, gdyż wchodzi w skład substancji żywej, a jako składnik białek bierze udział w przemianie materii. W wodach śródlądowych występuje w formach mineralnej i organicznej, gazowej i stałej (NO3, NH3, NO2, NO, N2). W związku z czym podlega stałym przemianom, w których biorą udział bakterie (rozkładające białka) nitryfikacyjne i denitryfikacyjne oraz organizmy roślinne i zwierzęce bądź enzymy występujące w osadach dennych. Przebieg tych procesów zależy od natlenienia wody i stosunku węgla do azotu. Związki mineralne azotu występują w postaci amoniaku bądź nienasyconych azotynów i azotanów. Formy organiczne azotu to związki białka, których źródłem dla roślin wodnych są sole amonowe i azotany, dla glonów amoniak, a dla bakterii i sinic — azot.
Fosfor występuje w wodzie głównie w postaci jonu fosforanowego (PO4-3) i chociaż spełnia on ważną rolę, jest go niedużo. Bierze udział we wszystkich reakcjach cyklu wiązania węgla i enzymatycznego utleniania związków organicznych, wchodząc w skład kwasów nukleinowych i fosfolipidów. Mała rozpuszczalność mineralnych związków fosforu sprawia, iż w tej formie występuje on częściej w osadach. W epilimnionie jest odwrotnie, najczęściej występuje w formie rozpuszczonej organicznej, która pobierana może być natychmiast przez glony na drodze enzymatycznej i nie dochodzi do dna. Nie znany jest dokładnie mechanizm powrotu do wody fosforu zawartego w osadach dennych, lecz zachodzi on niezmiernie szybko (wymiana związków organicznych, zmiana potencjału oksydacyjno-redukcyjnego żelaza, desorpcja), zwłaszcza w warunkach beztlenowych. Fosfor uważany jest obecnie za jeden z ważniejszych czynników ekologicznych limitujących produkcję biologiczną wód, gdyż zwiększa produkcję fotosyntezy i wpływa na sukcesje zbiorowisk roślinnych. Z fosforem łączy się występowanie masowych zakwitów wody.
Stężenie trzech wymienionych pierwiastków węgla, azotu i fosforu jest najczęściej uważane za przyczynę eutrofizacji wód, czyli wzbogacenia się wód, na drodze naturalnej i sztucznej, w mineralne składniki pokarmowe, przyczyniające się do masowego rozwoju roślin wodnych i w następstwie do rozwoju substancji organicznej. W wodach śródlądowych Polski, bogatych w związki fosforowe i azotowe oraz zasobnych w węglany, proces eutrofizacji jest uzależniony głównie od zawartości fosforu. Proces eutrofizacji zbiorników zachodzi stale od początku ich istnienia, ponieważ wciąż do zbiorników wpływają substancje wypłukiwane z gleby. W ostatnim czasie obserwuje się wyjątkowe przyśpieszenie tego procesu, spowodowane wysokim nawożeniem i dopływami ścieków, i w związku z tym gwałtowne zmiany w właściwościach chemicznych wód. Pociąga to za sobą zachwianie równowagi biologicznej zbiornika i w efekcie prowadzi do nieodwracalnej degradacji zbiorników oraz procesów starzenia. Wody stojące dotkliwiej odczuwają zmiany powodowane eutrofizacją niż wody płynące, wolniej bowiem zachodzą w nich procesy mineralizacji, wskutek słabiej przebiegających procesów samooczyszczania. Z eutrofizacją łączą się takie terminy jak: oligo-, mezo- i eutrofia, określające aktualny stan tego procesu, według którego klasyfikuje się wody jezior.
Klasyfikacja limnologiczna jezior opracowana przez Thienemanna (1924) opiera się właśnie na zasobności zbiorników w substancje biogenne oraz zawartości tlenu. Wyróżnia następujące typy jezior zawarte w dwóch grupach. Pierwsza grupa obejmuje jeziora wykształcone harmonijnie, odznaczające się proporcjonalnym występowaniem czynników środowiskowych decydujących o życiu organizmów. Do tej grupy należą jeziora oligotroficzne, w których azotany i fosforany występują w małej ilości, a zawartość rozpuszczonego tlenu nie spada poniżej 20%, jeziora eutroficzne, w których azotany i fosforany występują w średniej i dużej ilości, a zawartość tlenu bywa mniejsza niż 20 % oraz jeziora mezotroficzne o pośrednich wartościach tych pierwiastków.
Druga grupa obejmuje jeziora odznaczające się nieproporcjonalnym występowaniem wartości jednego z czynników. Do nich należą jeziora dystroficzne, w których występuje dużo substancji humusowych, powodujących zabarwienie wody oraz jeziora alkilotroficzne, w których występuje w dużej ilości wapń. Grupę tą rozszerzyć można o typ jeziora saprotroficzny, nadmiernie zanieczyszczony ściekami.
Wszystkie jeziora starzeją się, co w konsekwencji prowadzi do ich wypłycania i zanikania. Naturalne zanikanie wód może nastąpić w wyniku odpływu wody, osadzania się materiałów, zarastania ich powierzchni i następnie zalądowienia. Proces ten następuje przez przechodzenie jezior oligotroficznych w mezotroficzne, a następnie w eutroficzne. Jeziora starzejąc się przejść mogą w staw, bagno lub niskie torfowiska. Jeziora dystroficzne przechodzą w torfowisko sfagnowe.
