三氧化二氢（H₂O₃），又称过三氧化氢，是一种由氢和氧组成的不稳定氧化物，化学式可表示为HOOOH。这种物质在室温下极不稳定，极易分解为水和单线态氧，在水中的半衰期仅为几毫秒，在有机溶剂中稍长，约为16分钟。其分子结构呈现H-O-O-O-H的曲折形态，并具有C₂对称性，理论上存在顺式与反式两种异构体，其中反式结构更为稳定。

2005年，科学家通过微波光谱学技术，在超音速膨胀条件下首次成功观测到反式H₂O₃分子的存在，证实了这种物质的化学真实性。在制备方法上，H₂O₃可通过臭氧与过氧化氢反应（过臭氧过程）或低温还原臭氧等途径获得。值得注意的是，研究表明它可能在生命系统中自然产生——免疫细胞释放的单线态氧与水反应可生成H₂O₃，并可能参与机体的抗菌防御过程。

尽管H₂O₃在自然条件下转瞬即逝，但其独特的结构和化学性质使其在氧化反应机制、大气化学及生物防御等研究领域具有特殊的科学价值。这种由三个氧原子构成的"超氧化物"，如何在复杂的化学环境中发挥作用，仍是有待深入探索的科学问题。