En hydrogenbinding dannes, når den positive ende af et molekyle tiltrækkes af den negative ende af et andet. Konceptet ligner magnetisk tiltrækning, hvor modsatte poler tiltrækker. Brint har en proton og en elektron. Dette gør brint til et elektrisk positivt atom, fordi det har en mangel på elektroner. Det søger at tilføje en anden elektron til sin energiskal for at stabilisere den.
To udtryk er vigtige for at forstå, hvordan hydrogenbindingen dannes: elektronegativitet og dipolen. Elektronegativitet er et mål for et atoms tendens til at tiltrække elektroner til sig selv for at danne en binding. En dipol er en adskillelse af positive og negative ladninger i et molekyle. En dipol-dipol-interaktion er en attraktiv kraft mellem den positive ende af et polært molekyle og den negative ende af et andet polært molekyle.
Brint er mest almindeligt tiltrukket af flere elektronegative grundstoffer end sig selv, såsom fluor, kulstof, nitrogen eller ilt. En dipol dannes i et molekyle, når brint bevarer den mere positive ende af ladningen, mens den er elektron trækkes ind mod det elektronegative element, hvor den negative ladning vil være mere koncentreret.
Hydrogenbindinger er svagere end kovalente eller ioniske bindinger, fordi de let dannes og brydes under biologiske forhold. Molekyler, der har ikke-polære kovalente bindinger, danner ikke hydrogenbindinger. Men enhver forbindelse, der har polære kovalente bindinger, kan danne en hydrogenbinding.
Dannelsen af hydrogenbindinger er vigtig i biologiske systemer, fordi bindingerne stabiliserer og bestemmer strukturen og formen af store makromolekyler såsom nukleinsyrer og proteiner. Denne type binding forekommer i biologiske strukturer, såsom DNA og RNA. Denne binding er meget vigtig i vand, fordi dette er den kraft, der findes mellem vandmolekyler for at holde dem sammen.
Både som en væske og som fast is tilvejebringer dannelsen af hydrogenbinding mellem vandmolekylerne den attraktive kraft til at holde molekylmassen sammen. Intermolekylær hydrogenbinding er ansvarlig for vandets høje kogepunkt, fordi det øger den mængde energi, der kræves for at bryde bindingerne, før kogning kan begynde. Hydrogenbinding tvinger vandmolekyler til at danne krystaller, når det fryser. Da de positive og negative ender af vandmolekylerne skal orientere sig i et array, der gør det muligt for de positive ender at tiltrække negative ender af molekylerne, gitteret eller rammen af iskrystallen er ikke så tæt masket som den flydende form og tillader is at flyde ind vand.
3D-strukturen af proteiner er meget vigtig i biologiske reaktioner såsom dem, der involverer enzymer hvor formen på et eller flere proteiner skal passe ind i åbninger i enzymer som en lås og nøgle mekanisme. Hydrogenbinding giver disse proteiner mulighed for at bøje, folde og passe ind i forskellige former efter behov, hvilket bestemmer proteinets biologiske aktivitet. Dette er meget vigtigt i DNA, fordi dannelsen af hydrogenbindinger gør det muligt for molekylet at antage sin dobbelte helixdannelse.