Uma ligação de hidrogênio ocorre porque um átomo de hidrogênio com uma ligação covalente polar ao oxigênio, nitrogênio ou flúor tem uma carga parcial positiva e é fortemente atraído para as partes de moléculas semelhantes com uma carga parcial negativa. O exemplo mais comum é a água, que contém hidrogênio e oxigênio.
A quantidade de ligações de hidrogênio que ocorre em uma substância depende da estrutura de elétrons das partes parcialmente negativas das moléculas. Quando o oxigênio se liga ao hidrogênio, por exemplo, o oxigênio e o hidrogênio compartilham dois elétrons, um de cada átomo. O oxigênio na água está ligado a dois hidrogênios. Isso dá ao átomo de oxigênio um total de oito elétrons em sua órbita mais externa, quatro dos quais não são compartilhados com nenhum átomo de hidrogênio.
Esses elétrons são pareados, então a molécula tem dois grupos de dois elétrons. Cada par de elétrons não compartilhados pode formar uma ligação de hidrogênio com um átomo de hidrogênio covalentemente ligado a outro átomo de oxigênio, de modo que cada molécula de água pode ter uma ligação de hidrogênio com o hidrogênio de duas outras moléculas de água. Cada um de seus dois átomos de hidrogênio pode formar uma ligação de hidrogênio com o oxigênio de outra molécula de água, então cada molécula de água pode formar um total de quatro ligações de hidrogênio.
As ligações de hidrogênio são mais fortes do que a maioria das forças polares, mas ainda são muito mais fracas do que as ligações covalentes dentro das moléculas.
