Ve vodním prostředí se iont železa vyskytuje v dvojmocné a trojmocné podobě, která závisí na oxidačně redukčních procesech, pH a obsahu organických a anorganických komplexotvorných sloučenin. V prostředí bez kyslíku, tj. v  podzemních vodách či na dně nádrží, se vyskytuje železo v dvojmocné formě, a to jako Fe²⁺, [FeOH]⁺, [Fe(OH)₃]^-. Ve vodách s vysokým obsahem síranů a hydrogenuhličitanů tvoří komplexy [FeSO₄(aq)]⁰, [FeCO₃(aq)]⁰, [FeHCO₃]⁺. Ve vodách obsahujících kyslík se jako nejstabilnější forma vyskytuje trojmocné železo, jehož příkladem je Fe³⁺, [FeOH]²⁺, [Fe(OH)₂]⁺, [Fe(OH)₄]^-. V přítomnosti vyšších koncentrací síranů a v kyselém prostředí tvoří [FeSO₄]⁺, [Fe(SO₄)₂]^-, [FeHSO₄]²⁺; v kyselých vodách s vysokou koncentrací chloridů se tvoří [FeCl]²⁺, [FeCl₂]⁺; za přítomnosti fosforečnanů se tvoří hydrogen- a dihydrogenfosforečnany železa. V závislosti na aerobních či anaerobních poměrech se vylučuje dvojmocná rozpustná či trojmocná nerozpustná forma železa. Ve vodním prostředí se iont železa vyskytuje v dvojmocné a trojmocné podobě, která závisí na oxidačně redukčních procesech. V období stagnace stratifikované nádrže, tj. v redukčním prostředí, se trojmocné železo uvolňuje jako dvojmocné do vodného roztoku, ale pouze za předpokladu nepřítomnosti sulfanu. Sulfan, je-li přítomen, ihned poutá dvojmocný iont železa a tvoří sirník železa s nízkým stupněm rozpustnosti. V takové nádrži se na dně vytváří černá mikrovrstvička sirníku pokrývající sediment.

Koloběh železa úzce souvisí s koloběhem fosforu (viz koloběh fosforu), trojmocné železo je vázáno fosforečnany na nerozpustnou formu. Při úplném vysrážení železa v podobě fosforečnanu železitého dochází k limitaci organismů fosforem. Zajímavostí je, že železo je uvolňované z organických sloučenin rozkladnými procesy za působení amonizačních či proteolytických bakterií. Železo se vyskytuje ve vodách v nízkých koncentracích, větší koncentrace železa jsou charakteristické pro rašeliništní vody. V nádržích je obsah železa a výskyt jeho jednotlivých forem stratifikovaný (na dně redukční procesy a dvojmocné železo × v epilimniu oxidační procesy a trojmocné železo). Co se týče vodárenství a hygienické významnosti železa, je tento prvek nezávadný, ale velmi ovlivňuje senzorické vlastnosti (v koncentracích 0,5 – 1,5 mg·l^-1 dochází k  ovlivnění chuti vody). V aerobních podmínkách od koncentrace 0,5 mg·l^-1 se vylučuje železo ve formě hydratovaného oxidu a způsobuje zákal. K pomnožení železitých bakterií, způsobujících technologické problémy, postačuje velmi nízká koncentrace železa.

V živých soustavách tvoří významnou součást enzymatických transferů, u řas se podílí na funkční struktuře molekuly nitrogenázy. Spolu s rozpuštěným železem se ve vodách vyskytuje i mangan (viz koloběh manganu), bakterie zodpovídající za oxidaci železa většinou provádí i oxidaci manganu. Železité bakterie rodů Leptothrix, Gallionella a Crenothrix tvoří schránky s vysráženým železem, oxidují dvojmocné železo na trojmocný hydroxid železa (viz Skupina chemolitotrofních bakterií).

  Grafy souvislostí do úrovně:      I       II       III