Chemisch gesehen ist die Gesamthärte die Summe aller Erdalkaliionen und ist damit die Summe von Karbonathärte (temporäre Härte) und Nichtkarbonathärte (permanente Härte).
Mit den gängigen Wassertests werden jedoch nur die im Wasser gelösten Erdalkalimetallionen wie Beryllium (Be2+), Calcium (Ca2+), Magnesium (Mg2+), Strontium (Sr2+), Barium (Ba2+) und Radium (Ra2+), nicht deren Verbindungen erfasst. Im Süßwasser sind davon nur Ca2+ und zu geringeren Anteilen Mg2+ in relevanten Mengen vorhanden. Andere Kationen (z.B. Kalium, Natrium, Eisen oder Mangan) bleiben unberücksichtigt.
Calcium- und Magnesiumionen liegen im Wasser jedoch nicht als reine Ionen, sondern als gelöste Salze, z.B. Calcium- oder Magnesiumkarbonat, -sulfat oder -chlorid vor. Die Menge der Erdalkaliionen, die nun als Karbonat (CO32-) oder Hydrogenkarbonat (HCO3-) vorliegt, bezeichnet man als Karbonathärte. Karbonat ist allerdings nur in geringsten Mengen im pH-Bereich der meisten Aquarien vorhanden, also irrelevant.
Beim KH-Test wird nun das SäureBindeVermögen (SBV) oder genauer das SBV bis pH 4,3 bestimmt. Das SBV ist der Wert für die Menge an Säure-Ionen, die aufgenommen werden können, bis der Gleichgewichts-pH-Wert (genauer der pKs Wert) des Karbonat - CO2 - Kohlensäuresystems erreicht wird bzw. sämtliches Karbonat und Hydrogenkarbonat im Wasser durch die Reaktion der Säure in Wasser und CO2 zerlegt wurde. Das Testreagenz besteht aus 0,1 n Salzsäure und einem Indikator (Methylorange), welcher bei diesem pH-Wert einen Farbumschlag zeigt, nämlich genau zwischen 3,7 und 4,3, wo jegliches Hydrogencarbonat aufgebraucht ist. Der Verbrauch von 1 Tropfen Salzsäure entspricht dabei 1°d KH oder 0,38 mmol/l SBV bis pH 4,3.
Letztendlich werden mit dem KH-Test sämtliche Hydrogenkarbonationen erfasst, egal aus welchen Verbindungen diese stammen. Ist also neben Calcium- und Magnesium-Hydrogenkarbonat auch noch z.B. Natriumhydrogenkarbonat im Wasser gelöst, so ist die Konzentration an Hydrogencarbonat unter Umständen höher als die von Magnesium und Calcium, sprich die KH ist höher als die GH