三氧化二氢也称为“过三氧化氢”，是一种氧化物，化学式为“H2O3”或“HOOOH”，是氢元素的氧化物，有鱼腥味，易挥发，不稳定。其能自发地分解为水与单线态氧，室温下有机溶剂中的H2O3的半衰期约为16min，而H2O3在水中的半衰期只有几毫秒。

上述反应的逆反应（向水分子中插入单线态氧原子）一般情况下由于单线态氧原子不足而速率小于正反应速率。

理论研究表明，有顺式和反式共两种异构体，其中反式异构体比顺式异构体更稳定。二阶全活化空间微扰理论（complete active space perturbation theory of second order，CASPT2）预测结果显示，在单激发态中，顺式三氧化二氢寿命最长的激发态为21A＂，跃迁能为167.43nm，寿命为1.44×10∧-5s；而反式三氧化二氢寿命最长的激发态为21A，其跃迁能为165.52nm，寿命为2.07×10∧-5s。

也就是说，这种物质极易分解，即使是刚制备好的三氧化二氢，没多久就消失在水中了。

三氧化二氢可由O3和H2O2的反应或水的电解少量制备。用以上两种反应制得的过H2O3的量虽然较少，但已可检测出其存在。

若需获得大量H2O3，则要利用有机还原剂（例如氢化偶氮苯）在有机溶剂中低温还原O3，H2O3也能在有机过三氧化氢分解时产生（ROOOH）。

O3与H2O2反应（过臭氧化）的过程也被称为“过臭氧过程”（Peroxone process）。而O3与H2O2的混合物曾被用作含有各种有机化合物的地下水的处理剂。上述反应也能产生H2O5及一些环状化合物。

光谱学分析已指出三氧化二氢分子具有曲折的结构（H-O-O-O-H），具有C2对称性，其中，H2O3O-O键的键长约为142.8pm，略短于H2O3中的146.4pm。O-H键的键长为96.6pm，H-O-O键角为101.9°，O-O-O键角为106.8°，H-O-O-O二面角为81.2°。

H2O3还可能以多种二聚体及三聚体的形式存在。

H2O3是一种弱电解质，其酸性比H2O2略强，在溶液中可电离产生H+和OOOH-。

其能自发地分解为水与单线态氧。室温下有机溶剂中的H2O3的半衰期约为16min，而H2O3在水中的半衰期只有几毫秒。

三氧化二氢能与有机硫化物反应生成亚砜，但目前对这类反应的了解仍不多。

由于在生命系统中H2O3像臭氧/过氧化氢混合物一样，也能由人体内的抗体所产生，并利用其强氧化性对抗入侵的细菌等病原体。所以新近的研究认为H2O3是上述混合物中起抗菌作用的活性物质。生命系统中H2O3由免疫细胞产生的单线态氧和水反应获得（该化学反应的方向视各物质的浓度而定）。

2005年，H2O3被利用微波光谱学在超音速客机中发现，其分子呈现反式构象（trans conformation），其中的O-O键短于H2O2中的O-O键。

计算化学方面的预测表明还可能有包含更多氧原子的链状分子（或过多氧化氢）存在，在低温气体中，甚至连具有无数个氧原子的链也可能存在。

在该证据支持下，一项对星际物质中的这类物质的寻找可能将会展开。