흔히 우리가 수돗물에 투입하는 물질인 염소는 기호로 Cl2로 표기하며, 염소원소 2개가 모여 만들어진 홑원소 분자를 뜻한다. 염소는 끓는 점이 -34°C로 보통 우리의 일상 환경(0~30°C)에서는 기체로 존재한다. 염소는 물보다는 4배 가량 무거우며 공기에 비해서 2.3배 가량 무겁다.
염소는 1778년에 최초로 발견되었고, 1810년에 원소의 하나로 받아들여졌다. 염소가 광범위하게 사용된 것은 19세기 말에서 20세기 초에 공중 보건을 위해 생활용수에 투입하여 소독을 하면서였다. 따라서 일상생활에 깊숙이 도입된 것은 불과 120년이 넘지 않는다고 할 수 있다. 그 전에는 염소는 우리의 관심사와는 거리가 멀었던 셈이다.
염소는 탈색, 탈취, 살균 기능이 있는 물질로 알려져 왔으며, 제1차 세계대전에는 그 화학적 독성을 이용하기 위해 화학 무기의 원료로 사용되기도 하였다.
염소는 불소와 같은 화학적 패밀리에 속하며 그 특성상 유사한 성질을 갖는다. 불소는 지구상에서 가장 산화력이 강한 물질이며 따라서 반도체 공정 등에서 강력한 산화력을 필요할 때만 사용되고, 치약에 매우 소량을 넣어 입안의 소독에 사용한다. 다음 표에서 보듯이 불소에 비해 오존이 산화력이 작으며, 염소는 오존보다 작은 것을 알 수 있다. 상대적으로 염소의 산화력이 작아서 수돗물 속에 염소를 상당량 넣어 주고 있다. 국내에서도 과거에는 수돗물에 대한 염소 투입량에 하한선만 있고 상한선이 없어서 과량 투입하는 사례가 많았고, 이 경우 물에서 심하게 염소 냄새가 유발되곤 하였다. 현재는 법적으로 하한선과 상한선이 정해져 있어 그 범위에서 수돗물에 염소를 적용하고 있다.

수돗물 속에 기체 형태로 존재하는 염소는 보통 외부에서 생산되어 기체형태로 정수장에 도입되고, 이 기체 염소를 수돗물의 소독조에 넣어서 수돗물 속에 존재하는 미생물(바이러스, 세균, 원생동물)을 불활성화(in-activation)한다. 이러한 미생물 불활성화 능력이 있는 염소는 바닷물을 전기분해하여 만든다. 소금의 구성 원소인 Na와 Cl이 바닷물 속에 많은 양 포함되어 있어, 전기분해를 하면 염소가 기체인 Cl2가 되어 생산된다. 이렇게 바닷물 속에서 손쉽게 구할 수 있기 때문에 염소는 매우 저렴한 산화제가 된다. 전 세계적으로 광범위하게 공중 수돗물의 소독제로 염소를 사용하는 이유는 그것이 최고의 소독제인 것이 아니고 가장 경제적이면서 비교적 다루기 쉽기 때문, 그 이상도 이하도 아니다.

염소를 공중 수돗물의 소독제로 사용하는 것의 또 다른 이유는 염소가 물속에서 쉽게 분해되지 않고 상당한 시간 잔류할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 오존은 염소보다 강력한 산화제이고 또 분해 후 산소로 변화하기 때문에 매우 친환경적이지만 물속에서 20~30분 정도면 절반이 사라지는데 비해 염소는 기체 자체로도 훨씬 오랫동안 존재하며 또한 HOCl과 HCl로 전환되어 존재할 수 있다. 이러한 특성 때문에 염소는 수돗물의 소독제로 전세계적으로 널리 사용되고 있다. 대형 정수장에서 수돗물을 제조하여 배관을 통해 넓은 도시 전체에 공급하는 현대의 수돗물 공급에서 염소는 경제성이 있는 대안으로서, 원거리의 배관을 통해 가정의 수도꼭지까지 미생물 오염을 방지할 수 있는 거의 유일한 소독제로 역할을 하고 있다.

19세기 말에 영국의 콜레라로 인한 심각한 사회 문제를 해결하기 위해 여러 시도가 있었고, 그 중 하나로 염소 투입이 시도되었다. 염소는 저렴하면서도 효과적으로 콜레라 등 수인성 전염병을 예방하는 것으로 나타났고, 점차 확산되기 시작했다. 미국에서는 이를 20세기 초에 도입하여 세계 어느 나라보다 빠른 속도로 보급하였다. 미국에서의 빠른 보급과 함께 염소 소독 공정에 대한 공학적, 기술적 표준화가 이루어지고 전세계적으로 널리 확산되게 되었다. 염소가 수돗물 내 미생물 생장을 억제하는 효과와 함께 인체에도 해로운 영향을 줄 수 있다는 지적이 꾸준히 제기되어 왔으나, 경제성측면에서 그리고 소독 효율 측면에서 염소를 대체할 수돗물 소독제는 현재 구하기 어렵다고 할 수 있다. 특히 1970년대 초반에 수돗물의 염소 소독 과정에서 부산물로 생성되는 트리할로메탄(THMs)이 발암성이 있다는 충격적 연구 결과 이후 미국을 중심으로 대체 소독제에 대한 연구가 현재까지도 꾸준히 진행되고 있지만, 여전히 염소는 수돗물의 소독을 위해 가장 일반적이고 효과적인 소독제로 전세계에서 널리 사용되고 있다.

수돗물 속의 염소가 제거되지 않은 채 우리 입속에 들어오면 제한적인 양이지만 기체 형태로 우리 몸에 흡수될 가능성이 있다. 거의 대부분은 우리 입속에서 HOCl과 HCl로 전환되고 빠른 속도로 염소 이온(chloride, Cl-)으로 전환된다. 우리가 먹는 소금은 나트륨이온(sodium ion, Na+)과 염소 이온(chloride, Cl-)으로 이루어진 것으로 소금이 물에 녹으면 두 이온으로 갈라져서 존재한다. 다시 말해, 염소가 우리 몸에 들어오면 소금의 한 성분인 염소이온으로 전환되어 특별한 건강 영향은 없다고 볼 수 있다. 다만, 미량이지만 기체 염소는 해로운 것이므로 우리 몸에 흡수되지 않도록 해야 하고, 또한 기체 염소가 물에 녹아 발생되는 HOCl은 염소보다도 산화력이 큰 물질이어서 우리 몸에 유해할 수 있기 때문에, 가능한 한 수돗물 속의 염소를 최대한 제거하여 우리 몸에 받아들일 필요가 있다.

기체가 물에 용해되는 정도는 온도에 따라 크게 달라진다. 낮은 온도일수록 용해되는 기체 양이 늘어나며, 높은 온도일수록 기체 용존량이 줄어든다. 따라서 물속의 염소는 온도가 올라가면 물에서 기체로 빠져 나온다. 이 염소 기체를 그대로 흡입하는 것은 건강에 좋지 않다. 시걸포 정수기는 이렇게 기체로 빠져 나오는 염소도 흡착하여 염소이온으로 바꾼다. 이에 비해 저기능저성능저비용필터는 기체 염소를 잡아주지 못하는 한계가 있다.