柠檬水在常温下放置超过4小时可能变质，冷藏保存可延长至24小时左右。变质速度受温度、容器清洁度、柠檬添加量、糖分浓度、密封性等因素影响。
柠檬水变质的主要原因是微生物繁殖和氧化反应。室温环境中细菌容易滋生，尤其是切开后的柠檬果肉与糖分混合会加速腐败。未冷藏的柠檬水若出现浑浊、气泡、异味或口感发酸，应立即停止饮用。使用玻璃或食品级塑料密封容器、减少暴露在空气中的时间、控制糖分添加量可延缓变质。
冷藏保存的柠檬水因低温抑制细菌活性，保质期相对延长。但若容器未彻底清洁或反复取用带入杂质，仍可能提前变质。建议每次饮用后立即放回冰箱，避免长时间置于室温环境。添加蜂蜜或少量盐可能抑制部分细菌，但不能完全阻止变质过程。
建议现泡现饮柠檬水以获得最佳风味和营养，剩余部分需严格密封冷藏并在24小时内饮用完毕。外出携带可使用保温杯并加入冰块，避免高温环境存放。胃肠敏感者、免疫力低下人群及儿童更需注意饮用新鲜柠檬水，变质饮品可能导致腹泻或食物中毒。日常可观察液体透明度、气味变化判断是否变质，出现异常务必丢弃。
