En hydrogenbinding dannes når den positive enden av et molekyl tiltrekkes av den negative enden av et annet. Konseptet ligner magnetisk tiltrekning der motsatte poler tiltrekker seg. Hydrogen har ett proton og ett elektron. Dette gjør hydrogen til et elektrisk positivt atom fordi det har en mangel på elektroner. Den søker å legge til et annet elektron i energiskallet for å stabilisere det.
To termer er viktige for å forstå hvordan hydrogenbindingen dannes: elektronegativitet og dipolen. Elektronegativitet er et mål på tendensen til et atom til å tiltrekke elektroner til seg selv for å danne en binding. En dipol er en separasjon av positive og negative ladninger i et molekyl. En dipol-dipol-interaksjon er en attraktiv kraft mellom den positive enden av et polært molekyl og den negative enden av et annet polært molekyl.
Hydrogen tiltrekkes vanligvis av flere elektronegative grunnstoffer enn seg selv, slik som fluor, karbon, nitrogen eller oksygen. En dipol dannes i et molekyl når hydrogen beholder den mer positive enden av ladningen mens den er elektron trekkes inn mot det elektronegative elementet der den negative ladningen vil være mer konsentrert.
Hydrogenbindinger er svakere enn kovalente eller ioniske bindinger fordi de lett dannes og brytes under biologiske forhold. Molekyler som har ikke-polære kovalente bindinger, danner ikke hydrogenbindinger. Men enhver forbindelse som har polare kovalente bindinger kan danne en hydrogenbinding.
Dannelsen av hydrogenbindinger er viktig i biologiske systemer fordi bindingene stabiliserer seg og bestemmer strukturen og formen til store makromolekyler som nukleinsyrer og proteiner. Denne typen binding forekommer i biologiske strukturer, slik som DNA og RNA. Denne bindingen er veldig viktig i vann fordi dette er kraften som eksisterer mellom vannmolekyler for å holde dem sammen.
Både som en væske og som fast is, gir hydrogenbindingsdannelsen mellom vannmolekylene den attraktive kraften til å holde molekylmassen sammen. Intermolekylær hydrogenbinding er ansvarlig for vannets høye kokepunkt fordi det øker mengden energi som kreves for å bryte bindingene før koking kan begynne. Hydrogenbinding tvinger vannmolekyler til å danne krystaller når det fryser. Siden de positive og negative endene av vannmolekylene må orientere seg i en matrise som tillater de positive endene å tiltrekke seg negative ender av molekylene, gitteret eller rammen til iskrystallen er ikke like tett innmettet som væskeformen og lar isen flyte inn vann.
3D-strukturen til proteiner er veldig viktig i biologiske reaksjoner som de som involverer enzymer hvor formen til ett eller flere proteiner må passe inn i åpninger i enzymer som en lås og nøkkel mekanisme. Hydrogenbinding gjør at disse proteinene kan bøyes, brettes og passer inn i forskjellige former etter behov, som bestemmer proteinets biologiske aktivitet. Dette er veldig viktig i DNA fordi dannelsen av hydrogenbindinger gjør at molekylet kan anta sin dobbelte helixdannelse.