柠檬水在常温下放置超过4小时或冷藏超过24小时通常不建议饮用。柠檬水的保存时间主要受温度、容器密封性、是否添加糖分等因素影响。
柠檬水在室温环境中容易滋生细菌，尤其是切开后的柠檬与空气接触会加速氧化和微生物繁殖。未添加糖分的纯柠檬水在夏季高温环境下可能2-3小时就会变质，表现为浑浊、异味或表面形成膜状物。使用玻璃密封瓶冷藏可适当延长保存时间，但冷藏超过一天的柠檬水维生素C含量会大幅下降，营养价值降低。
添加蜂蜜或糖分的柠檬水更容易发酵变质，即使在冰箱冷藏也不建议存放超过12小时。这类含糖饮品可能产生酒精发酵现象，饮用后可能引起胃肠不适。若发现液体变稠、产生气泡或酸甜味异常，应立即丢弃。特殊人群如孕妇、儿童或免疫力低下者更需注意饮用新鲜制作的柠檬水。
建议每次制作柠檬水时控制用量，现泡现饮最佳。如需保存应使用无菌密封容器，冷藏时间不超过12小时。饮用前观察液体状态，出现絮状沉淀或异味则不可继续饮用。日常可搭配薄荷叶、黄瓜片等增加风味，但添加物会进一步缩短保存期限，建议2小时内饮用完毕。