Vodikova veza nastaje kada pozitivni kraj jedne molekule privuče negativni kraj druge. Koncept je sličan magnetskoj privlačnosti gdje se privlače suprotni polovi. Vodik ima jedan proton i jedan elektron. To vodik čini električno pozitivnim atomom jer mu nedostaje elektrona. Nastoji dodati još jedan elektron u svoju energetsku ljusku kako bi ga stabilizirao.
Dva su pojma važna za razumijevanje kako nastaje vodikova veza: elektronegativnost i dipol. Elektronegativnost je mjera tendencije atoma da privlači elektrone k sebi kako bi stvorio vezu. Dipol je odvajanje pozitivnih i negativnih naboja u molekuli. Dipol-dipolna interakcija privlačna je sila između pozitivnog kraja jedne polarne molekule i negativnog kraja druge polarne molekule.
Vodik najčešće privlače više elektronegativnih elemenata od njega samog, poput fluora, ugljika, dušika ili kisika. Dipol nastaje u molekuli kada vodik zadrži pozitivniji kraj naboja dok je njegov elektron se uvlači prema elektronegativnom elementu gdje će negativni naboj biti veći koncentrirani.
Vodikove veze slabije su od kovalentnih ili ionskih veza jer se u biološkim uvjetima lako stvaraju i razbijaju. Molekule koje imaju nepolarne kovalentne veze ne tvore vodikove veze. Ali bilo koji spoj koji ima polarne kovalentne veze može stvoriti vodikovu vezu.
Stvaranje vodikovih veza važno je u biološkim sustavima jer se veze stabiliziraju i određuju strukturu i oblik velikih makromolekula poput nukleinskih kiselina i proteina. Ova vrsta vezivanja javlja se u biološkim strukturama, poput DNA i RNA. Ta je veza vrlo važna u vodi, jer to je sila koja postoji između molekula vode da ih drži zajedno.
I kao tekućina i kao čvrsti led, stvaranje vodikove veze između molekula vode pruža privlačnu silu za zadržavanje molekularne mase. Intermolekularna vodikova veza odgovorna je za visoko vrelište vode jer povećava količinu energije potrebne za razbijanje veza prije nego što vrenje počne. Vodikova veza prisiljava molekule vode da stvaraju kristale kada se smrzavaju. Budući da se pozitivni i negativni krajevi molekula vode moraju orijentirati u niz koji omogućuje pozitivnim krajevima da privuku negativni krajevi molekula, rešetka ili okvir kristala leda nisu tako čvrsto povezani kao tekući oblik i omogućuju ledu da pluta u voda.
Trodimenzionalna struktura bjelančevina vrlo je važna u biološkim reakcijama poput onih koje uključuju enzime gdje se oblik jednog ili više proteina mora uklapati u otvore u enzimima jednako kao brava i ključ mehanizam. Vodikova veza omogućuje tim proteinima da se savijaju, savijaju i uklapaju u različite oblike po potrebi što određuje biološku aktivnost proteina. To je vrlo važno za DNA, jer stvaranje vodikovih veza omogućuje molekuli da preuzme svoju dvostruku zavojnicu.