À l’équilibre, et selon la loi de Henry, la solubilité du gaz O₂ dépend de la pression partielle en O₂ au-dessus de la solution.

où x_O2^L représente la fraction molaire en O₂ dans l’eau, et K_H,O2 la constante de Henry du gaz.
L’équilibre de Henry n’est plus vérifié dans des milieux où le gaz O₂ est dissous et consommé en permanence (systèmes chimiques ou biologiques) : c’est le cas des eaux de rivière ou des eaux usées. La concentration en dioxygène dissous est inférieure à la concentration attendue, ce qui est signe de pollution.

Plusieurs méthodes sont envisageables pour déterminer la concentration en O₂ :

1. Par titrage colorimétrique et la méthode dite de Winkler
2. À l’aide d’une cellule de Clark.