Một phân tử nước đo được khoảng 2,75 angstrom, khiến nó trở thành một trong những phân tử nhỏ nhất trong số tất cả các phân tử. Một mét là 10 tỷ angstrom. Phân tử nước có hình dạng như chữ V, với hai nguyên tử hydro kéo dài một góc khoảng 104 độ so với một nguyên tử oxy.
Các liên kết nối nguyên tử oxy và hydro có chiều dài gần 96 picometers. Nước được phân loại là phân tử phân cực dựa trên cấu trúc điện tử của nó. Điện tích của oxy một phần âm và điện tích của các nguyên tử hydro một phần dương, làm cho các phân tử nước bị hút mạnh vào nhau. Các điện tích này xảy ra do mômen lưỡng cực của liên kết bằng 1,85 debye.
