Ένας δεσμός υδρογόνου σχηματίζεται όταν το θετικό άκρο ενός μορίου προσελκύεται στο αρνητικό άκρο ενός άλλου. Η ιδέα είναι παρόμοια με τη μαγνητική έλξη όπου προσελκύουν αντίθετοι πόλοι. Το υδρογόνο έχει ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Αυτό καθιστά το υδρογόνο ένα ηλεκτρικά θετικό άτομο επειδή έχει έλλειψη ηλεκτρονίων. Επιδιώκει να προσθέσει ένα άλλο ηλεκτρόνιο στο ενεργειακό του κέλυφος για να το σταθεροποιήσει.
Δύο όροι είναι σημαντικοί για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο σχηματίζεται ο δεσμός υδρογόνου: η ηλεκτροπαραγωγικότητα και το δίπολο. Η ηλεκτροπαραγωγικότητα είναι το μέτρο της τάσης ενός ατόμου να προσελκύει ηλεκτρόνια στον εαυτό του για σχηματισμό δεσμού. Ένα δίπολο είναι ένας διαχωρισμός θετικών και αρνητικών φορτίων σε ένα μόριο. Μια διπολική διπολική αλληλεπίδραση είναι μια ελκυστική δύναμη μεταξύ του θετικού άκρου ενός πολικού μορίου και του αρνητικού άκρου ενός άλλου πολικού μορίου.
Το υδρογόνο προσελκύεται συνήθως σε περισσότερα ηλεκτροαρνητικά στοιχεία από το ίδιο, όπως φθόριο, άνθρακας, άζωτο ή οξυγόνο. Ένα δίπολο σχηματίζεται σε ένα μόριο όταν το υδρογόνο διατηρεί το πιο θετικό τέλος του φορτίου ενώ είναι Το ηλεκτρόνιο έλκεται προς το ηλεκτροαρνητικό στοιχείο όπου το αρνητικό φορτίο θα είναι περισσότερο συμπυκνωμένος.
Οι δεσμοί υδρογόνου είναι ασθενέστεροι από τους ομοιοπολικούς ή ιοντικούς δεσμούς επειδή σχηματίζονται και σπάνε εύκολα υπό βιολογικές συνθήκες. Μόρια που έχουν μη πολικούς ομοιοπολικούς δεσμούς δεν σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου. Αλλά οποιαδήποτε ένωση που έχει πολικούς ομοιοπολικούς δεσμούς μπορεί να σχηματίσει δεσμό υδρογόνου.
Ο σχηματισμός δεσμών υδρογόνου είναι σημαντικός στα βιολογικά συστήματα επειδή οι δεσμοί σταθεροποιούν και καθορίζουν τη δομή και το σχήμα μεγάλων μακρομορίων όπως νουκλεϊκά οξέα και πρωτεΐνες. Αυτός ο τύπος σύνδεσης εμφανίζεται σε βιολογικές δομές, όπως το DNA και το RNA. Αυτός ο δεσμός είναι πολύ σημαντικός στο νερό γιατί αυτή είναι η δύναμη που υπάρχει μεταξύ των μορίων του νερού για να τα συγκρατήσει.
Τόσο ως υγρός όσο και ως στερεός πάγος, ο σχηματισμός δεσμού υδρογόνου μεταξύ των μορίων νερού παρέχει την ελκυστική δύναμη για συγκράτηση της μοριακής μάζας μαζί. Η διαμοριακή σύνδεση υδρογόνου είναι υπεύθυνη για το υψηλό σημείο βρασμού του νερού, διότι αυξάνει την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τη διάσπαση των δεσμών πριν ξεκινήσει ο βρασμός. Η σύνδεση υδρογόνου αναγκάζει τα μόρια του νερού να σχηματίσουν κρυστάλλους όταν παγώνει. Δεδομένου ότι τα θετικά και αρνητικά άκρα των μορίων του νερού πρέπει να προσανατολιστούν σε μια σειρά που επιτρέπει στα θετικά άκρα να προσελκύσουν τα αρνητικά άκρα των μορίων, το πλέγμα ή το πλαίσιο του κρυστάλλου πάγου δεν είναι τόσο σφιχτά πλεγμένα όσο η υγρή μορφή και επιτρέπει στον πάγο να επιπλέει μέσα νερό.
Η 3-D δομή των πρωτεϊνών είναι πολύ σημαντική σε βιολογικές αντιδράσεις όπως αυτές που περιλαμβάνουν ένζυμα όπου το σχήμα μίας ή περισσοτέρων πρωτεϊνών πρέπει να ταιριάζει σε ανοίγματα σε ένζυμα σαν κλειδαριά και κλειδί μηχανισμός. Η σύνδεση με υδρογόνο επιτρέπει σε αυτές τις πρωτεΐνες να κάμπτονται, να διπλώνονται και να ταιριάζουν σε διάφορα σχήματα ανάλογα με τις ανάγκες που καθορίζουν τη βιολογική δραστηριότητα της πρωτεΐνης. Αυτό είναι πολύ σημαντικό στο DNA επειδή ο σχηματισμός δεσμών υδρογόνου επιτρέπει στο μόριο να αναλάβει τον σχηματισμό διπλής έλικας.