קשר מימן נוצר כאשר הקצה החיובי של מולקולה אחת נמשך לקצה השלילי של האחר. המושג דומה למשיכה מגנטית בה מושכים קוטבים מנוגדים. למימן יש פרוטון אחד ואלקטרון אחד. זה הופך את המימן לאטום חיובי חשמלי מכיוון שיש בו מחסור באלקטרונים. הוא מבקש להוסיף אלקטרון נוסף לקליפת האנרגיה שלו כדי לייצב אותו.
שני מונחים חשובים בהבנת האופן שבו נוצר קשר המימן: אלקטרונגטיביות והדיפול. אלקטרגטיביות היא מדד הנטייה של אטום למשוך אליו אלקטרונים ליצירת קשר. דיפול הוא הפרדה של מטענים חיוביים ושליליים במולקולה. אינטראקציה דיפול-דיפול היא כוח מושך בין הקצה החיובי של מולקולה קוטבית אחת לקצה השלילי של מולקולה קוטבית אחרת.
מימן נמשך בדרך כלל לאלמנטים אלקטרוניים יותר מאשר עצמו, כמו פלואור, פחמן, חנקן או חמצן. דיפול נוצר במולקולה כאשר מימן שומר על הקצה החיובי יותר של המטען בזמן שהוא האלקטרון נמשך לכיוון האלמנט האלקטרוני-שלילי שבו המטען השלילי יהיה יותר מְרוּכָּז.
קשרי מימן חלשים יותר מקשרים קוולנטיים או יוניים מכיוון שהם נוצרים ונשברים בקלות בתנאים ביולוגיים. מולקולות שיש בהן קשרים קוולנטיים לא קוטביים אינן יוצרות קשרים מימן. אך כל תרכובת שיש לה קשרים קוולנטיים קוטביים יכולה ליצור קשר מימן.
היווצרות קשרי מימן חשובה במערכות ביולוגיות מכיוון שהקשרים מייצבים וקובעים את המבנה והצורה של מקרומולקולות גדולות כמו חומצות גרעין וחלבונים. סוג זה של מליטה מתרחש במבנים ביולוגיים, כגון DNA ו- RNA. קשר זה חשוב מאוד במים מכיוון שזה הכוח הקיים בין מולקולות מים להחזיק אותם יחד.
הן כנוזל והן כקרח מוצק, יצירת קשר מימן בין מולקולות המים מספקת את כוח המשיכה להחזיק את המסה המולקולרית יחד. קשירת מימן בין מולקולרית אחראית לנקודת הרתיחה הגבוהה של מים מכיוון שהיא מגדילה את כמות האנרגיה הנדרשת לשבירת הקשרים לפני שניתן להתחיל בהרתחה. קשירת מימן מאלצת מולקולות מים ליצור גבישים כשהם קופאים. מכיוון שהקצוות החיוביים והשליליים של מולקולות המים חייבים להתמצא במערך המאפשר לקצוות החיוביים למשוך את קצוות שליליים של המולקולות, הסריג או מסגרת גביש הקרח אינם מרושתים היטב כמו צורת הנוזל ומאפשרים לקרח לצוף פנימה מים.
מבנה התלת מימד של החלבונים חשוב מאוד בתגובות ביולוגיות כגון אלו הכרוכות באנזימים כאשר צורתו של חלבון אחד או יותר חייבת להשתלב בפתחים באנזימים כמנעול ומפתח מַנגָנוֹן. קשירת מימן מאפשרת לחלבונים אלה להתכופף, להתקפל ולהשתלב בצורות שונות לפי הצורך הקובע את הפעילות הביולוגית של החלבון. זה חשוב מאוד ב- DNA מכיוון שיצירת קשרי מימן מאפשרת למולקולה להניח את היווצרות הסליל הכפול שלה.