I legami idrogeno si formano a causa dell'attrazione tra un atomo di idrogeno leggermente positivo di una molecola e l'atomo leggermente negativo di un'altra molecola. Differenze di elettronegatività tra l'atomo di idrogeno e l'atomo o gli atomi dell'altro la molecola porta a queste cariche parziali positive e parzialmente negative.
L'idrogeno forma legami covalenti con atomi non metallici; questo significa che i due atomi condividono gli elettroni l'uno con l'altro. L'idrogeno non ha una forte attrazione per gli elettroni, quindi la sua elettronegatività è piuttosto bassa. Il non metallo di solito ha una maggiore attrazione o affinità per gli elettroni; quindi, l'atomo non metallico è più elettronegativo dell'atomo di idrogeno. Gli elettroni condivisi trascorrono più tempo sul lato dell'atomo non metallico e meno tempo con l'idrogeno. Questa condivisione ineguale di elettroni porta ad una carica parziale positiva sulla porzione di idrogeno della molecola e ad una carica parziale negativa sull'altro atomo. La regione parziale positiva di una molecola attrae l'area positiva parziale di un'altra molecola all'interno del composto e si forma un legame debole chiamato un legame idrogeno.
Il legame con idrogeno contribuisce a un certo numero di caratteristiche fisiche di composti come punti di ebollizione maggiori e maggiore viscosità. Anche se una forza relativamente debole che ammonta solo a circa il 5% della forza di un legame covalente, i legami idrogeno diventano forti nei numeri. Il legame idrogeno mantiene i liquidi in forma liquida in un intervallo di temperatura più ampio del previsto, il che significa che i liquidi contenenti legami idrogeno congelano a temperature più basse e fanno bollire a temperature più elevate rispetto agli altri liquidi. Gli effetti del legame dell'idrogeno si riscontrano nelle proprietà dell'acqua, come la coesione che fa sì che l'acqua formi sfere, l'adesione dove l'acqua trattiene altre sostanze come il suolo e la tensione superficiale che consente agli insetti di camminare sulla superficie dell'acqua.
