单相水—有机溶剂体系(monophasic aqueous-organic solution)是指山水和与水互溶的有机溶剂组成的反应体系，酶、底物、产物均能溶解于该体系中。常用的有机溶剂有二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)、 二口恶烷(dioxane)、丙酮和低级醇等。这种反应体系主要适用于亲脂性底物的生物转化，否则这类底物在单一水溶液中溶解度很低，反应速度也将很慢，有些酶(如酯酶和蛋白酶)在水 — 有机溶剂单相体系中的酶反应选择性会增加。一般来讲，该体系中水互溶有机溶剂的浓度可达总体积的10％，在一些特殊的条件下，甚至可高达50％~70％。如果该体系中有机溶剂的比例高过某一阈值，将夺去酶分子表面的结构水，使酶失活，然而有少数稳定性很高的酶如蛋白酶和脂肪酶只要在水互溶有机溶剂中有极少量的水就能保持它们的催化活性。此外当酶催化反应在0℃以下进行时，水互溶有机溶剂体系还能降低反应体系的冰点温度，这是低温酶学研究的内容之一。