Une liaison hydrogène se produit parce qu'un atome d'hydrogène avec une liaison covalente polaire avec l'oxygène, l'azote ou le fluor a une charge positive partielle, et il est fortement attiré par les parties de molécules similaires avec une charge négative partielle. L'exemple le plus courant est l'eau, qui contient de l'hydrogène et de l'oxygène.
La quantité de liaison hydrogène qui se produit dans une substance dépend de la structure électronique des parties partiellement négatives des molécules. Lorsque l'oxygène se lie à l'hydrogène, par exemple, l'oxygène et l'hydrogène partagent deux électrons, un pour chaque atome. L'oxygène de l'eau est lié à deux hydrogènes. Cela donne à l'atome d'oxygène un total de huit électrons sur son orbite la plus externe, dont quatre ne sont partagés avec aucun atome d'hydrogène.
Ces électrons sont appariés, donc la molécule a deux groupes de deux électrons. Chaque paire d'électrons non partagés peut former une liaison hydrogène avec un atome d'hydrogène lié de manière covalente à un autre atome d'oxygène, de sorte que chaque molécule d'eau peut avoir une liaison hydrogène avec l'hydrogène de deux autres molécules d'eau. Chacun de ses deux atomes d'hydrogène peut former une liaison hydrogène avec l'oxygène d'une autre molécule d'eau, de sorte que chaque molécule d'eau peut former un total de quatre liaisons hydrogène.
Les liaisons hydrogène sont plus fortes que la plupart des forces polaires, mais restent beaucoup plus faibles que les liaisons covalentes au sein des molécules.
