Liên kết giữa các phân tử nước liền kề được gọi là liên kết hydro. Độ bền của liên kết hydro đơn chỉ bằng 5 phần trăm của liên kết cộng hóa trị; tuy nhiên, nhiều liên kết hydro cùng nhau tạo ra sự ổn định và truyền đạt các đặc tính vật lý nhất định cho nước.
Liên kết hydro xảy ra khi hydro của một phân tử nước hút nguyên tử oxy của một phân tử nước khác. Điều này xảy ra do sự khác biệt về độ âm điện giữa hydro và oxy. Oxy là nguyên tử âm điện hơn, có nghĩa là nó có lực hút electron mạnh hơn. Hydro có ái lực với electron thấp hơn nhiều.
Khi liên kết hydro và oxy, các electron được chia sẻ giữa chúng quay quanh nguyên tử oxy trong thời gian dài hơn so với xung quanh hai nguyên tử hydro. Sự chia sẻ không bình đẳng này làm cho hydro mang một phần điện tích dương, trong khi oxy trở nên hơi âm. Các điện tích âm và dương hút nhau; do đó, các vùng hydro dương của các phân tử nước liên kết với các vùng oxy âm của các phân tử nước khác, tạo ra một mạng tinh thể của các phân tử nước khá mạnh. Liên kết hydro làm cho nước nhớt hơn và tạo cho nó nhiệt độ sôi cao hơn so với các chất lỏng khác.
