Wiązania między sąsiednimi cząsteczkami wody są nazywane wiązaniami wodorowymi. Siła pojedynczego wiązania wodorowego wynosi tylko 5% wiązania kowalencyjnego; jednak wiele wiązań wodorowych zapewnia stabilność i nadaje pewne właściwości fizyczne wodzie.
Wiązanie wodorowe występuje, gdy wodór jednej cząsteczki wody przyciąga atom tlenu innego. Dzieje się tak ze względu na różnice w elektroujemności między wodorem i tlenem. Tlen jest bardziej elektroujemnym atomem, co oznacza, że ma silniejszą przyciąganie do elektronów. Wodór ma znacznie niższe powinowactwo do elektronów.
W przypadku wiązania wodorowego i tlenu elektrony, które są między nimi dzielone krążą wokół atomu tlenu dłużej niż wokół dwóch atomów wodoru. To nierównomierne dzielenie powoduje, że wodór przyjmuje częściowy ładunek dodatni, podczas gdy tlen staje się nieznacznie ujemny. Dodatnie i ujemne ładunki przyciągają; dlatego dodatnie rejony wodorowe cząsteczek wody wiążą się z ujemnymi obszarami tlenu innych cząsteczek wody, tworząc kratownicę cząsteczek wody, która jest dość silna. Wiązanie wodorowe powoduje, że woda staje się bardziej lepka i zapewnia jej wyższą temperaturę wrzenia w porównaniu z innymi cieczami.
