มีพันธะเคมีสองชนิดที่แตกต่างกันในน้ำ พันธะโควาเลนต์ระหว่างออกซิเจนกับอะตอมไฮโดรเจนเป็นผลมาจากการแบ่งปันอิเล็กตรอน นี่คือสิ่งที่ยึดโมเลกุลของน้ำไว้ด้วยกัน พันธะไฮโดรเจนเป็นพันธะเคมีระหว่างโมเลกุลของน้ำที่ยึดมวลของโมเลกุลไว้ด้วยกัน หยดน้ำที่ตกลงมาคือกลุ่มของโมเลกุลของน้ำที่ยึดติดกันโดยพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุล
พันธะไฮโดรเจนค่อนข้างอ่อน แต่เนื่องจากมีหลายพันธะอยู่ในน้ำ จึงสามารถกำหนดคุณสมบัติทางเคมีของมันได้ในระดับมาก พันธะเหล่านี้เป็นแรงดึงดูดทางไฟฟ้าหลักระหว่างอะตอมไฮโดรเจนที่มีประจุบวกและอะตอมออกซิเจนที่มีประจุลบ ในน้ำของเหลว โมเลกุลของน้ำจะมีพลังงานเพียงพอที่จะทำให้สั่นสะเทือนและเคลื่อนที่ไปรอบๆ อย่างต่อเนื่อง พันธะไฮโดรเจนก่อตัวและแตกตัวอย่างต่อเนื่อง และก่อตัวขึ้นใหม่อีกครั้งเท่านั้น หากกระทะน้ำบนเตาร้อน โมเลกุลของน้ำจะเคลื่อนที่เร็วขึ้นเมื่อดูดซับพลังงานความร้อนมากขึ้น ยิ่งของเหลวร้อนมากเท่าไหร่ โมเลกุลก็จะยิ่งเคลื่อนที่มากขึ้นเท่านั้น เมื่อโมเลกุลดูดซับพลังงานเพียงพอ พลังงานที่อยู่บนพื้นผิวจะแตกตัวเป็นก๊าซของไอน้ำ ไม่มีพันธะไฮโดรเจนในไอน้ำ โมเลกุลที่ได้รับพลังงานจะลอยอยู่รอบๆ อย่างอิสระ แต่เมื่อมันเย็นลง พวกมันก็จะสูญเสียพลังงาน เมื่อมีการควบแน่น โมเลกุลของน้ำจะถูกดึงดูดเข้าหากัน และพันธะไฮโดรเจนจะก่อตัวขึ้นอีกครั้งในเฟสของเหลว
น้ำแข็งเป็นโครงสร้างที่กำหนดไว้อย่างดี ไม่เหมือนกับน้ำในเฟสของเหลว แต่ละโมเลกุลล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำสี่โมเลกุลซึ่งสร้างพันธะไฮโดรเจน เมื่อโมเลกุลของน้ำขั้วโลกก่อตัวเป็นผลึกน้ำแข็ง พวกมันจะต้องปรับทิศทางตัวเองเป็นอาร์เรย์เหมือนตาข่ายสามมิติ มีพลังงานน้อยกว่า ดังนั้นจึงมีอิสระในการสั่นหรือเคลื่อนไหวน้อยลง เมื่อพวกเขาจัดเรียงตัวเองเพื่อให้ประจุที่น่าดึงดูดและน่าขยะแขยงมีความสมดุล พันธะไฮโดรเจนจะก่อตัวในลักษณะนี้จนกว่าน้ำแข็งจะดูดซับความร้อนและละลาย โมเลกุลของน้ำในน้ำแข็งไม่ได้อยู่ใกล้กันเหมือนอยู่ในน้ำของเหลว เนื่องจากมีความหนาแน่นน้อยกว่าในช่วงที่เป็นของแข็งนี้ น้ำแข็งจึงลอยอยู่ในน้ำ
ในโมเลกุลของน้ำ อะตอมของออกซิเจนจะดึงดูดอิเล็กตรอนที่มีประจุลบได้แรงกว่าไฮโดรเจน สิ่งนี้ทำให้น้ำมีการกระจายประจุแบบอสมมาตรเพื่อให้เป็นโมเลกุลมีขั้ว โมเลกุลของน้ำมีปลายประจุบวกและลบ ขั้วนี้ยอมให้น้ำละลายสารหลายชนิดที่มีขั้วหรือการกระจายประจุไม่สม่ำเสมอ เมื่อสารประกอบไอออนิกหรือขั้วสัมผัสกับน้ำ โมเลกุลของน้ำจะล้อมรอบมัน เนื่องจากโมเลกุลของน้ำมีขนาดเล็ก หลายโมเลกุลจึงสามารถล้อมรอบหนึ่งโมเลกุลของตัวถูกละลายและสร้างพันธะไฮโดรเจนได้ เนื่องจากแรงดึงดูด โมเลกุลของน้ำจึงสามารถดึงโมเลกุลตัวถูกละลายออกจากกันเพื่อให้ตัวถูกละลายในน้ำ น้ำเป็น “ตัวทำละลายสากล” เพราะมันละลายสารได้มากกว่าของเหลวอื่นๆ นี่เป็นคุณสมบัติทางชีวภาพที่สำคัญมาก
โครงข่ายพันธะไฮโดรเจนของน้ำทำให้มีความเหนียวแน่นและแรงตึงผิว จะเห็นได้ชัดเจนว่าถ้าน้ำตกลงบนกระดาษแว็กซ์ หยดน้ำจะก่อตัวเป็นลูกปัดเนื่องจากขี้ผึ้งไม่ละลายน้ำ แรงดึงดูดที่เกิดจากพันธะไฮโดรเจนช่วยให้น้ำอยู่ในสถานะของเหลวในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง พลังงานที่จำเป็นในการทำลายพันธะไฮโดรเจนทำให้น้ำมีความร้อนสูงของการกลายเป็นไอ ดังนั้นจะต้องใช้พลังงานจำนวนมากในการเปลี่ยนน้ำของเหลวให้อยู่ในสถานะก๊าซหรือไอน้ำ ด้วยเหตุนี้การระเหยของเหงื่อซึ่งสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหลายชนิดใช้เป็นระบบทำความเย็นจึงมีประสิทธิภาพเนื่องจาก a ต้องปล่อยความร้อนจำนวนมากออกจากร่างกายของสัตว์เพื่อทำลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างน้ำ โมเลกุล
น้ำเป็นโมเลกุลอเนกประสงค์ มันสามารถจับไฮโดรเจนกับตัวมันเองและกับโมเลกุลอื่น ๆ ที่มีอนุมูล OH หรือ NH2 ติดอยู่ นี่เป็นสิ่งสำคัญในปฏิกิริยาทางชีวเคมีหลายอย่าง คุณสมบัติของมันทำให้สภาพแวดล้อมเอื้ออำนวยต่อการดำรงชีวิตบนโลกใบนี้ ต้องใช้ความร้อนจำนวนมากเพื่อเพิ่มอุณหภูมิของน้ำหนึ่งองศา สิ่งนี้ทำให้มหาสมุทรสามารถกักเก็บความร้อนจำนวนมหาศาลและปรับสภาพอากาศของโลกได้ น้ำจะขยายตัวเมื่อกลายเป็นน้ำแข็ง ซึ่งช่วยให้สภาพดินฟ้าอากาศและการพังทลายของโครงสร้างทางธรณีวิทยาง่ายขึ้น ความจริงที่ว่าน้ำแข็งมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำที่เป็นของเหลวทำให้น้ำแข็งลอยอยู่บนสระน้ำได้ น้ำระดับบนสุดสามารถแช่แข็งและปกป้องสิ่งมีชีวิตได้มากมาย ซึ่งสามารถอยู่รอดได้ลึกลงไปในน้ำในฤดูหนาว