Утворюються водневі зв’язки коли атоми водню ковалентно зв’язані з азотом (N), киснем (O) або фтором (F) у формі ковалентних сполук, таких як аміак (NH3), вода (H2O) і фтористий водень (HF). У цих молекулах атоми водню не так сильно тягнуть спільні електрони, як атоми N, O або F.
Водневий зв’язок — це особливий тип диполь-дипольного притягання між молекулами, а не ковалентний зв’язок з атомом водню. Це є результатом сили тяжіння між атомом водню, ковалентним зв’язком з дуже електронегативним атомом, таким як атом N, O або F, та іншим дуже електронегативним атомом.
В основному через електростатичні тяжіння, донорний атом ділиться своїм воднем з акцепторним атомом, утворюючи таким чином водневий зв’язок. Невеликі розміри азоту, кисню та фтору мають важливе значення для утворення водневих зв’язків, оскільки це робить ці атоми електронегативними, а їхній ковалентний зв’язок водню є дуже позитивним.
Утворюється водневий зв’язок взаємодією атома водню, який ковалентно зв'язаний з електронегативним атомом (донором), з іншим електронегативним атомом (акцептором). Водневі зв’язки надають структурі білка жорсткість і специфічність міжмолекулярним взаємодіям.
Водень не може утворювати подвійні зв’язки. Подвійні зв’язки — це ковалентні зв’язки, які складаються з одного сигма-зв’язку, що включає електрони на s-орбіталі, а також пі-зв’язку, що включає електрони на p-орбіталі. Водень не має р-орбітальних електронів і тому не може утворювати подвійні зв’язки.
Утворюється водневий зв’язок коли цей сильний частковий позитивний заряд притягує неподілену пару електронів на іншому атомі, який стає акцептором водневого зв’язку. Електронегативний атом, такий як фтор, кисень або азот, є акцептором водневого зв’язку, незалежно від того, зв’язаний він з атомом водню чи ні.