《水基础科学理论与实验》旨在介绍了近年来人们对水特别是水的微观结构和微观行为，进行研究的基本理论和最新进展。介绍总体研究背景之后，我们叙及水基础科学所用的理论研究方法，包括连续介质模型、分子动力学、第一原理方法、全量子化处理方法等。然后通过描述自由的单个水分子和水双分子来检验我们所用的第一性原理计算方法的对描述水系统的可靠性，并获得对氢键作用的初步见解。其后的主要内容包括介绍几种主要的水作用现象和体系：以H2O/Pt(111)为例研究一种典型的吸附系统，讲述该表面上水的各种不同结构，以及对吸附结构的振动谱识别；通过对水在Ru, Pt, Au等一系列金属表面上吸附情形的计算，分析了水和金属表面作用的一般本质，和吸附对氢键的影响；探讨了表面浸润的微观机理，并研究了水在金属表面的转化，扩散，分解等的运动规律；水在氧化物表面的吸附；表面冰结构和吸附研究等。同时叙述相关重要的实验研究结果，包括表面水形貌的微观成像、纳米水柱的阶段性受力行为等。最后对一些应用做些展望。