Vedessä on kaksi erilaista kemiallista sidosta. Happi- ja vetyatomien väliset kovalenttiset sidokset johtuvat elektronien jakamisesta. Tämä pitää itse vesimolekyylit yhdessä. Vetysidos on vesimolekyylien välinen kemiallinen sidos, joka pitää molekyylien massan yhdessä. Pisara putoavaa vettä on vesimolekyyliryhmä, jota molekyylien väliset vetysidokset pitävät yhdessä.
Vetisidokset ovat suhteellisen heikkoja, mutta koska niitä on niin paljon vedessä, ne määrittävät sen kemialliset ominaisuudet suuressa määrin. Nämä sidokset ovat ensisijaisesti sähköisiä vetovoimaa positiivisesti varautuneiden vetyatomien ja negatiivisesti varautuneiden happiatomien välillä. Nestemäisessä vedessä vesimolekyyleillä on tarpeeksi energiaa pitämään ne värisemässä ja liikkumassa jatkuvasti. Vetysidokset muodostuvat ja katkeavat jatkuvasti, vain muodostuakseen jälleen. Jos uunin vesipannu lämmitetään, vesimolekyylit liikkuvat nopeammin absorboimalla enemmän lämpöenergiaa. Mitä kuumempi neste, sitä enemmän molekyylit liikkuvat. Kun molekyylit imevät tarpeeksi energiaa, pinnalla olevat ne hajoavat höyryn kaasumaiseen vaiheeseen. Vesihöyryssä ei ole vetysidosta. Energisoidut molekyylit kelluvat itsenäisesti, mutta jäähtyessään ne menettävät energiaa. Kondensoitumisen jälkeen vesimolekyylit vetävät puoleensa toisiaan, ja nestefaasiin muodostuu jälleen vetysidoksia.
Jää on hyvin määritelty rakenne, toisin kuin nestefaasin vesi. Kutakin molekyyliä ympäröi neljä vesimolekyyliä, jotka muodostavat vetysidoksia. Kun polaariset vesimolekyylit muodostavat jääkiteitä, niiden on suunnattava joukossaan kolmiulotteisen ristikon tavoin. Energiaa on vähemmän ja siten vähemmän vapautta värähtelemään tai liikkua. Kun ne ovat järjestyneet niin, että niiden houkuttelevat ja hylkivät varaukset ovat tasapainossa, vetysidokset muodostuvat tällä tavalla, kunnes jää imee lämpöä ja sulaa. Jäässä olevia vesimolekyylejä ei ole pakattu yhtä lähelle toisiaan kuin nestemäisessä vedessä. Koska ne ovat vähemmän tiheitä tässä kiinteässä faasissa, jää kelluu vedessä.
Vesimolekyyleissä happiatomi houkuttelee negatiivisesti varautuneita elektroneja voimakkaammin kuin vety. Tämä antaa vedelle epäsymmetrisen varauksen jakauman siten, että se on polaarimolekyyli. Vesimolekyyleillä on sekä positiivisesti että negatiivisesti varatut päät. Tämän napaisuuden avulla vesi voi liuottaa monia aineita, joilla on myös napaisuus tai epätasainen varaus. Kun ioninen tai polaarinen yhdiste altistetaan vedelle, vesimolekyylit ympäröivät sitä. Koska vesimolekyylit ovat pieniä, monet niistä voivat ympäröivät yhden liuenneen aineen molekyylin ja muodostaa vetysidoksia. Vetovoiman takia vesimolekyylit voivat vetää liuenneet molekyylit erilleen niin, että liukeneva aine liukenee veteen. Vesi on ”yleinen liuotin”, koska se liuottaa enemmän aineita kuin mikään muu neste. Tämä on erittäin tärkeä biologinen ominaisuus.
Veden vetysidosten verkosto antaa sille vahvan yhtenäisyyden ja pintajännityksen. Tämä käy ilmi, jos vettä pudotetaan vahapaperille. Vesipisarat muodostavat helmiä, koska vaha ei liukene. Tämä vetysidoksen aikaansaama vetovoima pitää veden nestefaasissa laajalla lämpötila-alueella. Vetysidosten rikkomiseen tarvittava energia saa veden höyrystymään korkealla, joten nestemäisen veden muuntamiseksi kaasumaiseksi faasiksi, vesihöyryksi, tarvitaan suuri määrä energiaa. Tämän vuoksi hikihaihdutus - jota monet nisäkkäät käyttävät jäähdytysjärjestelmänä - on tehokasta, koska a eläimen kehosta on vapautettava suuri määrä lämpöä veden välisten vetysidosten rikkomiseksi molekyylejä.
Vesi on monipuolinen molekyyli. Se voi sitoutua vetyyn itseensä ja myös muihin molekyyleihin, joihin on kiinnittynyt OH- tai NH2-radikaaleja. Tämä on tärkeää monissa biokemiallisissa reaktioissa. Sen ominaisuudet ovat tehneet olosuhteet suotuisiksi tämän planeetan elämälle. Suuri määrä lämpöä tarvitaan veden lämpötilan nostamiseen yhden asteen. Tämä antaa valtamerien varastoida valtavia määriä lämpöä ja hillitsee maapallon ilmastoa. Vesi laajenee jäätymisen yhteydessä, mikä on helpottanut geologisten rakenteiden sään ja eroosion syntymistä. Se, että jää on vähemmän tiheää kuin nestemäinen vesi, sallii jää kellua lammikoilla. Veden korkein taso voi jäätyä ja suojata monia elämänmuotoja, jotka voivat selviytyä talvesta syvemmällä vedessä.