Рассмотрено современное состояние инструментальных и комбинированных методов исследования гетерогенных форм физико-химического состояния микрокомпонентов и радионуклидов в искусственных и природных водных растворах. Обсуждаются теоретические проблемы моделирования механизмов гетерогенных сорбционных реакций с участием ионно-молекулярных и коллоидных форм состояния микрокомпонентов в равновесных и неравновесных водных системах. Даны примеры использования теоретических методов моделирования неравновесного физико-химического состояния для описания миграционных процессов микрокомпонентов в природных водоемах. Излагаются результаты исследования нового класса процессов межфазного распределения, относящегося к поведению коллоидных форм микрокомпонентов во взаимно нерастворимых жидкостях. Приводится термодинамическое обоснование явления коллоидно-химической экстракции микрокомпонентов, результаты его экспериментальной проверки и примеры использования для концентрирования коллоидных форм микрокомпонентов и радионуклидов, определения их фазовой принадлежности в природных растворах. Монография представляет интерес для специалистов, аспирантов и студентов в области физикохимиии ультраразбавленных растворов, радиохимии и радиоэкологии, геохимии.