濃硫酸、とくに100%の純硫酸であっても分子性の液体としては比較的高度に電離しており[11]、水素イオン（実際にはH3SO+
4）は10-2 mol kg−1程度生成し、また溶媒としての硫酸は溶質にプロトン（水素イオン）を供与する力が非常に強くハメットの酸度関数ではH0 = ?11.94を示す[12]。しかし酸度関数も濃度により変化する。

プロトン性極性溶媒である純硫酸には自己解離および縮合などの平衡が存在し10 ℃の平衡定数は以下の通りである[13]。 2 H 2 SO 4 ⟶ H 3 SO 4 + + HSO 4 − {\displaystyle {\ce {2H2SO4 -> H3SO4^+ + HSO4^-}}} ,　　 K = 1.7 × 10 − 4   m o l 2   k g − 2 {\displaystyle K=1.7\times 10^{-4}~\mathrm {mol} ^{2}~\mathrm {kg} ^{-2}} 2 H 2 SO 4 ⟶ H 3 O + + HS 2 O 7 − {\displaystyle {\ce {2H2SO4 -> H3O^+ + HS2O7^-}}} ,　　 K = 3.5 × 10 − 5   m o l 2   k g − 2 {\displaystyle K=3.5\times 10^{-5}~\mathrm {mol} ^{2}~\mathrm {kg} ^{-2}} H 2 O + H 2 SO 4 ⟶ H 3 O + + HSO 4 − {\displaystyle {\ce {H2O + H2SO4 -> H3O^+ + HSO4^-}}} ,　　 K = 1   m o l   k g − 1 {\displaystyle K=1~\mathrm {mol~kg} ^{-1}\,} H 2 SO 4 + H 2 S 2 O 7 ⟶ H 3 SO 4 + + HS 2 O 7 − {\displaystyle {\ce {H2SO4 + H2S2O7 -> H3SO4^+ + HS2O7^-}}} ,　　 K = 7 × 10 − 2 m o l   k g − 1 {\displaystyle K=7\times 10^{-2}\mathrm {mol~kg} ^{-1}}

平衡にある純硫酸中の化学種の濃度はH3SO+
4（1.13×10-2 mol kg-1）, HSO?
4（1.50×10-2 mol kg-1）, H3O+（8.0×10-3 mol kg-1）, HS2O+
7（4.4×10-3 mol kg−1）, H2S2O7（3.6×10-3 mol kg-1）, H2O（1×10-4 mol kg-1）であり[14]、分子性の液体としてはかなり高い電気伝導度を示し、25℃における比電気伝導度は1.044×10-2 Ω-1 cm-1である。

この電気伝導度の値は純硝酸の3.72×10-2 Ω-1 cm-1（25℃）よりは低いものの、フルオロ硫酸の1.085×10-4 Ω-1 cm-1（25℃）、純フッ化水素の1.6×10-6 Ω-1 cm-1（0℃）、および純水の6.40×10-8 Ω-1 cm-1（25℃）よりもはるかに高い[13]。
水溶液中の電離平衡