化学における溶液とは、一様で均一な混合物であり、1種類以上の物質（溶質）が、別の物質（溶媒）の中に分子レベルで分散しているものをいう。実際には、溶媒はしばしば水のような液体だが、溶液はあらゆる物質の状態の組み合わせで成立する。たとえば、気体どうし、気体と液体、液体どうし、固体と液体、固体どうしの溶液がある。身近な例としては、水に溶けた食塩や砂糖、炭酸飲料に溶けた二酸化炭素があり、真鍮のような固体溶液である合金もある。
分類と一般的な用語
溶液は濃度によって、また飽和状態によって説明される。未飽和溶液はさらに溶質を溶かせる状態、飽和溶液は未溶解の溶質と平衡にある状態、過飽和溶液は平衡時より多くの溶質を溶かした準安定な状態である。濃厚な溶液は溶質の割合が比較的高く、希薄な溶液は低い。定量的な表し方にはモル濃度、質量モル濃度、質量パーセントがある。
溶液の種類
- 気体溶液: 大気は気体の混合であり、気体が気体に溶けた例である（空気が実用的な例）。
- 液体溶液: 固体や気体が液体に溶けたもの。例として、水に溶けた食塩や、ソーダに溶けた二酸化炭素がある。
- 液体-液体溶液: エタノールと水のように、互いに混和する液体は単一相をつくる。
- 固体溶液: 合金や多くの鉱物では、原子が結晶格子内で置換したり、格子間位置に入り込んだりする。
溶解度と挙動に影響する要因
ある物質が溶けるかどうか、またどれだけ溶けるかは、温度、圧力（気体では重要で、ヘンリーの法則に従う）、そして分子間力によって決まる。これは一般に「似たものは似たものを溶かす」とまとめられる。つまり、極性溶媒は極性溶質を、非極性溶媒は非極性溶質を溶かしやすい。温度は多くの場合、液体中の固体の溶解度を高めるが、気体の溶解度は下げることがある。溶質と溶媒の性質、さらに他の溶質の存在も溶解度を変化させる。
性質と重要な現象
真の溶液は光学的に透明で、光を散乱しないため、コロイドのようなチンダル現象は示さない。理想混合物の法則にはおおむね従い、揮発性成分についてはラウールの法則が分圧と組成の関係を与える。いくつかの束一的性質は、溶質粒子の数のみに依存する。これには蒸気圧低下、沸点上昇、凝固点降下、浸透圧が含まれる。これらは広く利用されており、たとえば凝固点降下は道路の氷に塩をまくと氷が溶ける理由を説明し、浸透圧は透析や生体の水分バランスの基礎となる。
測定・調製・応用
濃度は、容量法、重量法、または機器分析によって測定できる。溶液は、測り取った溶質を溶媒に加え、均一になるまで混合して調製する。用途は化学・工業（反応媒体、溶媒、電気めっき）、生物学・医療（生理食塩水、静脈注射液）、食品・飲料（飲料中の糖や気体）、冶金（合金）、環境科学（自然水中の溶存気体）に及ぶ。実用上は、かき混ぜる、加熱する、表面積を増やすといった溶解促進法や、溶液と懸濁液・コロイドなど他の混合物との違いも重要である。
特定の種類の溶液、濃度の単位、または挙動を定量化する法則について詳しく知るには、物理化学や溶液熱力学の入門書・参考資料が役立つ。例として、鉱物の固体溶液に関する項目、溶媒の役割についての形式的定義、溶液の調製に関する実験手順、溶液中の気体（CO₂）を扱う実用的な要約、溶質相互作用に関する専門資料がある。
歴史的には、ラウールやファント・ホッフなどの研究者が19世紀に基礎概念と定量的記述を発展させ、溶液の組成と蒸気圧・浸透効果の関係を明らかにした。現代の物理化学では、これらの考え方が非理想的で複雑な混合物にも拡張されている。さらに学びたい場合は、一般化学の入門書や専門書で、濃度単位、未溶解相との平衡、混合の熱力学について確認するとよい（例として、水を溶媒とする例がよく用いられる）。
溶液の特徴である分子レベルの均一性、再現性のある束一的性質、分子間力への依存は、溶液を化学の中心概念にしている。溶液は、実験室での操作、工業プロセス、自然界の系をつなぐ重要な概念である。