Vandenyje yra dvi skirtingos cheminės jungtys. Kovalentiniai ryšiai tarp deguonies ir vandenilio atomų atsiranda dalijantis elektronais. Tai ir palaiko pačias vandens molekules. Vandenilio ryšys yra cheminis ryšys tarp vandens molekulių, kuris laiko molekulių masę kartu. Krintančio vandens lašas yra vandens molekulių grupė, kurią laiko vandenilio jungtys tarp molekulių.
Vandenilio ryšiai yra palyginti silpni, tačiau kadangi jų yra tiek daug vandenyje, jie lemia jo chemines savybes. Šios jungtys pirmiausia yra elektrinės traukos tarp teigiamai įkrautų vandenilio atomų ir neigiamai įkrautų deguonies atomų. Skystame vandenyje vandens molekulės turi pakankamai energijos, kad jos nuolat vibruotų ir judėtų. Vandenilio jungtys nuolat formuojasi ir nutrūksta, tik dar kartą susidaro. Jei vandens viryklė ant viryklės yra kaitinama, vandens molekulės juda greičiau, nes sugeria daugiau šilumos energijos. Kuo karštesnis skystis, tuo labiau juda molekulės. Kai molekulės sugeria pakankamai energijos, paviršiuje esantys išsiveržia į dujinę garų fazę. Vandens jungtis vandens garuose nėra. Įtampos turinčios molekulės plūduriuoja savarankiškai, tačiau atvėsdamos praranda energiją. Kondensuojantis vandens molekulės traukiasi viena su kita, o skystoje fazėje vėl susidaro vandenilio jungtys.
Ledas yra gerai apibrėžta struktūra, skirtingai nuo skysčio fazės vandens. Kiekvieną molekulę supa keturios vandens molekulės, kurios sudaro vandenilio jungtis. Kai poliarinės vandens molekulės formuoja ledo kristalus, jos turi orientuotis masyve kaip trimatė gardelė. Yra mažiau energijos, taigi ir mažiau laisvės vibruoti ar judėti. Kai jie susitvarko taip, kad jų patrauklūs ir atstumiantys krūviai būtų subalansuoti, vandenilio jungtys taip susidaro, kol ledas sugeria šilumą ir ištirpsta. Ledo vandens molekulės nėra supakuotos taip arti, kaip skystame vandenyje. Kadangi šioje kietoje fazėje jie yra mažiau tankūs, ledas plūduriuoja vandenyje.
Vandens molekulėse deguonies atomas stipriau nei vandenilis pritraukia neigiamai įkrautus elektronus. Tai suteikia vandeniui asimetrinį krūvio pasiskirstymą, kad tai būtų polinė molekulė. Vandens molekulės turi tiek teigiamą, tiek neigiamai įkrautą galą. Šis poliškumas leidžia vandeniui ištirpinti daugelį medžiagų, kurios taip pat turi poliškumą arba nevienodą krūvio pasiskirstymą. Joninį ar polinį junginį paveikus vandeniui, vandens molekulės jį supa. Kadangi vandens molekulės yra mažos, daugelis jų gali apsupti vieną ištirpusios medžiagos molekulę ir suformuoti vandenilio jungtis. Dėl traukos vandens molekulės gali ištraukti ištirpusios medžiagos molekules taip, kad ištirpusios medžiagos ištirptų vandenyje. Vanduo yra „universalus tirpiklis“, nes jis ištirpina daugiau medžiagų nei bet kuris kitas skystis. Tai yra labai svarbi biologinė savybė.
Vandenilio jungčių tinklas suteikia jam tvirtą darną ir paviršiaus įtempimą. Tai akivaizdu, jei ant vaškinio popieriaus lašinamas vanduo. Vandens lašeliai suformuos karoliukus, nes vaškas netirpus. Ši vandenilio jungimosi sukurta trauka palaiko vandenį skystoje fazėje esant įvairiai temperatūrai. Energija, reikalinga vandenilio jungtims nutraukti, sukelia didelę vandens garavimo šilumą, todėl skysčio vandeniui paversti dujine faze - vandens garais - reikia daug energijos. Dėl to prakaito garinimas - kurį daugelis žinduolių naudoja kaip aušinimo sistemą - yra veiksmingas, nes a Norint nutraukti vandenilio ryšius tarp vandens, iš gyvūno kūno reikia išskirti daug šilumos molekulės.
Vanduo yra universali molekulė. Jis gali jungtis vandeniliu su savimi ir su bet kuriomis kitomis molekulėmis, prie kurių yra prijungti OH arba NH2 radikalai. Tai svarbu daugelyje biocheminių reakcijų. Dėl jo savybių susidarė palankios sąlygos gyventi šioje planetoje. Norint pakelti vandens temperatūrą vienu laipsniu, reikalingas didelis šilumos kiekis. Tai leidžia vandenynams sukaupti milžinišką kiekį šilumos ir sušvelnina žemės klimatą. Užšalęs vanduo plečiasi, o tai palengvino atmosferos poveikį ir geologinių struktūrų eroziją. Tai, kad ledas yra mažiau tankus nei skystas vanduo, leidžia ledui plaukti tvenkiniuose. Aukščiausias vandens lygis gali užšalti ir apsaugoti daugybę gyvybės formų, kurios gali išgyventi žiemą giliau vandenyje.