Wasserstoffbrücken bilden sich aufgrund der Anziehung zwischen einem leicht positiven Wasserstoffatom eines Moleküls und dem leicht negativen Atom eines anderen Moleküls. Unterschiede in der Elektronegativität zwischen dem Wasserstoffatom und dem anderen Atom oder den Atomen des Molekül führen zu diesen partiellen positiven und partiellen negativen Ladungen.
Wasserstoff bildet kovalente Bindungen mit Nichtmetallatomen; das bedeutet, dass die beiden Atome Elektronen miteinander teilen. Wasserstoff hat keine starke Anziehungskraft für Elektronen, daher ist seine Elektronegativität ziemlich gering. Das Nichtmetall hat normalerweise eine größere Anziehungskraft oder Affinität für Elektronen; daher ist das nichtmetallische Atom elektronegativer als das Wasserstoffatom. Geteilte Elektronen verbringen mehr Zeit auf der Seite des nichtmetallischen Atoms und weniger Zeit mit Wasserstoff. Diese ungleiche Elektronenverteilung führt zu einer positiven Teilladung des Wasserstoffanteils des Moleküls und einer negativen Teilladung am anderen Atom. Der partielle positive Bereich eines Moleküls zieht den partiellen positiven Bereich eines anderen Moleküls innerhalb der Verbindung an, und es bildet sich eine schwache Bindung, die als Wasserstoffbrücke bezeichnet wird.
Die Wasserstoffbindung trägt zu einer Reihe von physikalischen Eigenschaften von Verbindungen bei, wie beispielsweise höhere Siedepunkte und höhere Viskosität. Obwohl es sich um eine relativ schwache Kraft handelt, die nur etwa 5 Prozent der Stärke einer kovalenten Bindung ausmacht, werden Wasserstoffbindungen zahlenmäßig stark. Wasserstoffbrückenbindungen halten Flüssigkeiten über einen größeren Temperaturbereich als erwartet in flüssiger Form, was bedeutet, dass Flüssigkeiten, die Wasserstoffbrückenbindungen enthalten, bei niedrigeren Temperaturen gefrieren und bei höheren Temperaturen als andere Flüssigkeiten sieden. Die Auswirkungen der Wasserstoffbrückenbindung zeigen sich in den Eigenschaften von Wasser wie der Kohäsion, die dazu führt, dass Wasser Kugeln bildet, der Adhäsion, bei der Wasser an anderen Substanzen wie Boden haftet, und der Oberflächenspannung, die es Insekten ermöglicht, auf der Wasseroberfläche zu laufen.
