Les liaisons entre les molécules d'eau adjacentes sont appelées liaisons hydrogène. La force d'une seule liaison hydrogène n'est que de 5 % celle d'une liaison covalente ; cependant, de nombreuses liaisons hydrogène assurent ensemble la stabilité et confèrent certaines caractéristiques physiques à l'eau.
Une liaison hydrogène se produit lorsque l'hydrogène d'une molécule d'eau attire l'atome d'oxygène d'une autre. Cela se produit en raison des différences d'électronégativité entre l'hydrogène et l'oxygène. L'oxygène est l'atome le plus électronégatif, ce qui signifie qu'il a une plus forte attraction pour les électrons. L'hydrogène a une affinité beaucoup plus faible pour les électrons.
Lorsque l'hydrogène et l'oxygène se lient, les électrons qui sont partagés entre eux orbitent autour de l'atome d'oxygène pendant des périodes plus longues qu'autour des deux atomes d'hydrogène. Ce partage inégal fait que l'hydrogène prend une charge positive partielle, tandis que l'oxygène devient légèrement négatif. Les charges positives et négatives s'attirent ; par conséquent, les régions d'hydrogène positives des molécules d'eau se lient aux zones d'oxygène négatives d'autres molécules d'eau, créant un réseau de molécules d'eau assez solide. La liaison hydrogène rend l'eau plus visqueuse et lui donne un point d'ébullition plus élevé par rapport aux autres liquides.