Citroenen zijn extreem zuur. Elke chemische stof met een pH lager dan 7 wordt als zuur beschouwd. Citroensap heeft een pH van ongeveer 2,0, variërend van 2 tot 3. Om dat in perspectief te plaatsen, de pH van batterijzuur (zwavelzuur) is 1,0, terwijl de pH van een appel ongeveer 3,0 is. Azijn (een zwak azijnzuur) heeft een pH vergelijkbaar met citroensap, ongeveer 2,2. De pH van soda is ongeveer 2,5.
Citroensap bevat twee zuren. Het sap is ongeveer 5-8% citroenzuur, wat de scherpe smaak verklaart. Citroenen bevatten ook ascorbinezuur, ook bekend als vitamine C.
Hoewel citroenen zuur zijn, heeft het drinken van citroensap echt geen invloed op de pH van je lichaam. Het drinken van citroensap verhoogt de zuurgraad van urine, omdat de nieren het lichaam ontdoen van overtollig zuur. De pH van het bloed wordt tussen 7.35 en 7.45 gehandhaafd, ongeacht hoeveel citroensap u drinkt. Hoewel sommige mensen geloven dat citroensap een alkaliserend effect heeft op het spijsverteringsstelsel vanwege het mineraalgehalte, zijn er geen wetenschappelijke gegevens die deze bewering ondersteunen.
Het zuur in citroensap tast tandglazuur aan. Citroenen eten en citroensap drinken kan een risico voor tandbederf opleveren. Citroenen zijn niet alleen zuur, maar bevatten ook een verrassend grote hoeveelheid natuurlijke suikers, dus tandartsen waarschuwen patiënten meestal voor het eten ervan.