Il metallo di litio non rivestito reagisce con l'acqua formando una soluzione di idrossido di litio incolore e gas idrogeno. La soluzione risultante è fondamentale a causa degli ioni idrossido risultanti. La reazione è sia spontanea che esotermica, ma la quantità di calore prodotta è inferiore rispetto ad altri metalli nel gruppo 1A.
La reazione del litio con l'acqua per produrre un idrossido di metallo e idrogeno è chiamata idrolisi. Tutti gli elementi del gruppo 1A subiscono l'idrolisi quando posti in acqua a causa della loro elevata elettropositività. Gli elettroni dei gusci esterni di questo gruppo sono debolmente attratti dal nucleo, essendo schermati dalla carica nucleare dai gusci interni degli elettroni. Questi elettroni esterni vengono facilmente espulsi dall'atomo in reazioni chimiche, producendo uno ione positivo con la stessa configurazione elettronica del gas nobile più vicino.
Quando esposti all'acqua, gli atomi di superficie del litio versano i loro elettroni esterni. Le molecole d'acqua vicino alla superficie del litio si dissociano nei gruppi H- e -OH. I gruppi con carica negativa -OH si legano ionicamente con ioni di litio caricati positivamente, producendo idrossido di litio, che è solubile in acqua e si dissocia nella sua forma ionica immediatamente dopo la formazione. Nel frattempo, ogni due gruppi H positivi acquisiscono due elettroni e si legano insieme in modo covalente per formare idrogeno molecolare. Quando una quantità sufficiente di molecole di gas idrogeno si uniscono, formano una bolla che si evolve dalla soluzione.
