Водородната връзка се образува, когато положителният край на една молекула е привлечен към отрицателния край на друга. Концепцията е подобна на магнитното привличане, където противоположните полюси се привличат. Водородът има един протон и един електрон. Това превръща водорода в електрически положителен атом, тъй като има недостиг на електрони. Той се стреми да добави още един електрон към енергийната си обвивка, за да го стабилизира.
Два термина са важни за разбирането как се образува водородната връзка: електроотрицателност и дипол. Електронегативността е мярката за тенденцията на атома да привлича електрони към себе си, за да образува връзка. Диполът е разделяне на положителни и отрицателни заряди в молекулата. Дипол-диполното взаимодействие е привлекателна сила между положителния край на една полярна молекула и отрицателния край на друга полярна молекула.
Водородът най-често се привлича от повече електроотрицателни елементи от него самия, като флуор, въглерод, азот или кислород. Дипол се образува в молекула, когато водородът задържа по-положителния край на заряда, докато е негов електронът се изтегля към електроотрицателния елемент, където отрицателният заряд ще бъде повече концентриран.
Водородните връзки са по-слаби от ковалентните или йонните връзки, тъй като лесно се образуват и се разрушават при биологични условия. Молекулите, които имат неполярни ковалентни връзки, не образуват водородни връзки. Но всяко съединение, което има полярни ковалентни връзки, може да образува водородна връзка.
Образуването на водородни връзки е важно в биологичните системи, тъй като връзките се стабилизират и определят структурата и формата на големи макромолекули като нуклеинови киселини и протеини. Този тип свързване се среща в биологични структури, като ДНК и РНК. Тази връзка е много важна във водата, защото това е силата, която съществува между водните молекули, за да ги задържи заедно.
Както като течност, така и като твърд лед, образуването на водородна връзка между водните молекули осигурява привлекателната сила за задържане на молекулната маса. Междумолекулната водородна връзка е отговорна за високата точка на кипене на водата, защото увеличава количеството енергия, необходимо за разкъсване на връзките, преди да започне кипенето. Водородното свързване принуждава водните молекули да образуват кристали, когато замръзват. Тъй като положителните и отрицателните краища на водните молекули трябва да се ориентират в масив, който позволява на положителните краища да привличат отрицателните краища на молекулите, решетката или рамката на ледения кристал не е толкова плътно затворена, колкото течната форма и позволява ледът да плава в вода.
Триизмерната структура на протеините е много важна при биологични реакции като тези, включващи ензими където формата на един или повече протеини трябва да се вписва в отворите в ензимите като ключалка механизъм. Водородното свързване позволява на тези протеини да се огъват, сгъват и вписват в различни форми, ако е необходимо, което определя биологичната активност на протеина. Това е много важно за ДНК, тъй като образуването на водородни връзки позволява на молекулата да приеме своето двойно образуване на спирала.