Unbeschichtetes Lithiummetall reagiert mit Wasser zu einer farblosen Lithiumhydroxidlösung und Wasserstoffgas. Die resultierende Lösung ist aufgrund der resultierenden Hydroxidionen basisch. Die Reaktion ist sowohl spontan als auch exotherm, aber die erzeugte Wärmemenge ist geringer als bei anderen Metallen der Gruppe 1A.
Die Reaktion von Lithium mit Wasser zu einem Metallhydroxid und Wasserstoff wird als Hydrolyse bezeichnet. Alle Elemente der Gruppe 1A unterliegen aufgrund ihrer hohen Elektropositivität einer Hydrolyse, wenn sie in Wasser gegeben werden. Die Elektronen der äußeren Schalen dieser Gruppe werden schwach vom Kern angezogen und durch die inneren Elektronenschalen vor der Kernladung abgeschirmt. Diese äußeren Elektronen werden bei chemischen Reaktionen leicht aus dem Atom herausgeschleudert und erzeugen ein positives Ion mit der gleichen elektronischen Konfiguration wie das nächstgelegene Edelgas.
Wenn sie Wasser ausgesetzt sind, geben Oberflächenatome von Lithium ihre äußeren Elektronen ab. Wassermoleküle in der Nähe der Lithiumoberfläche dissoziieren in H– und –OH-Gruppen. Die negativ geladenen –OH-Gruppen verbinden sich ionisch mit positiv geladenen Lithiumionen, wodurch Lithiumhydroxid entsteht, das wasserlöslich ist und sofort nach der Bildung wieder in seine ionische Form dissoziiert. Währenddessen nehmen jeweils zwei positive H–-Gruppen zwei Elektronen auf und verbinden sich kovalent zu molekularem Wasserstoff. Wenn genügend Wasserstoffgasmoleküle zusammenkommen, bilden sie eine Blase, die sich aus der Lösung entwickelt.
