氢键是与另一原子相连的氢原子和富电子原子或基团之间的吸引相互作用，可以发生在同一个分子内部，也可以发生在不同分子之间。常见例子涉及与氧或氮相连的氢，但氢键并不限于这些组合。氢键有助于决定水的性质、生物大分子的组织方式以及分子材料的组装方式。2011 年国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）的建议根据相互作用的性质以及成键的证据来定义氢键，而不是采用单一的距离或能量阈值。(publications.iupac.org)
供体、受体与表示方法
氢键通常表示为 X–H···Y。实线表示连接氢与 X 的共价键，点线表示氢与 Y 之间的相互作用。X–H 基团是氢键供体，Y 则是氢键受体。在这一术语体系中，“供体”并不一定意味着氢发生了转移：完整的 X–H 基团无需发生化学反应，也能参与形成氢键。(goldbook.iupac.org)
在典型例子中，X 的电负性比氢大，使键的氢端相对缺电子。受体通常提供一对孤对电子。氧、氮和氟经常参与形成氢键，但参与元素并不限于这三种。在适当条件下，碳氢基团和含硫基团也能参与。某个基团能否充当供体或受体，取决于其成键情况和电子环境，而不仅仅取决于它含有哪种元素。(goldbook.iupac.org)
物理起源与强度
静电吸引是氢键的重要组成部分。氢原子体积小，使相互作用的基团能够彼此靠近。不过，并非所有氢键都能仅用固定部分电荷之间的吸引来充分描述。轨道相互作用也有所贡献：受体的占据轨道可以与 X–H 的反键轨道相互作用，使氢键具有部分共价特征。这种电子层面的描述将氢键纳入了更广泛的化学键理论框架。(goldbook.iupac.org)
氢键的能量没有统一数值。不同化学环境产生的相互作用强度分布在很宽的范围内，因此，用数值将氢键划分为“弱”“中等”和“强”时，需要考虑具体情境。许多常见氢键比普通共价键弱，但一些特别强的氢键使两者之间的界限变得模糊。二氟氢根离子 F–H–F⁻ 就是一个例子，其中受到强烈束缚的氢位于两个氟原子之间。因此，不能仅凭氢键必然很弱这一假设来认定或排除氢键的存在。(goldbook.iupac.org)
几何构型与结构组织
氢键具有明显的方向性。许多氢键倾向于形成近乎直线的 X–H···Y 排列，但也存在偏离直线的情况。其几何构型既反映供体键的特征，也反映受体周围的电子密度分布。由于具有方向性，氢键特别适合将分子组织成特定的排列模式，而不只是使它们彼此靠拢。(goldbook.iupac.org)
分子间氢键连接不同的分子；分子内氢键则连接同一分子内的基团。这些排列方式可以形成独立的复合物、链、环或延展网络。在人为设计的组装体系中，互补供体和受体位点的数量与位置会影响最终形成的结构。因此，多个氢键既能提供稳定性，也能赋予选择性，不过，与之竞争的其他相互作用可能改变最终的结构。(goldbook.iupac.org)
水与冰
液态水和冰中都存在氢键。在液态水中，分子的高度无序与强烈的分子间吸引同时存在。这些吸引作用使水作为一种小分子物质具有异常高的沸点、较大的汽化热以及较高的表面张力。汽化需要使分子脱离具有内聚力的液体环境，而不需要断开每个水分子内部的 O–H 共价键。(pubs.usgs.gov)
在普通冰中，氢键支撑着有序且相对疏松的晶体排列。水分子之间的平均距离比液态水中更大，因此冰的密度较低，能够浮在水面上。这一说法针对的是常见条件下的普通冰，而不是水的所有可能固相。液态水与冰之间的结构差异说明，即使化学组成不变，分子排列方式也能显著影响宏观性质。(usgs.gov)
生物学作用
在蛋白质中，氢键有助于稳定α螺旋和β折叠这两种主要的二级结构。氢键还通过蛋白质内部基团之间以及这些基团与周围水分子之间的相互作用，参与蛋白质折叠并维持构象稳定性。对人溶菌酶的实验研究表明，某个特定氢键的贡献取决于它所处的结构环境，以及伴随替换而发生的其他变化。(cdn.rcsb.org)
在脱氧核糖核酸中，互补的供体与受体排列支持腺嘌呤与胸腺嘧啶、鸟嘌呤与胞嘧啶之间的配对。双螺旋沟槽中暴露的氢键基团排列也为蛋白质提供了识别位点。因此，氢键既参与结构缔合，也参与分子识别：相互作用基团的位置和取向携带着有关分子身份的信息。(pdb101.rcsb.org)
分子材料与溶剂竞争
在超分子化学中，互补的氢键基团引导分子自组装。它们可以将构筑单元连接成超分子聚合物，其中各组分以可逆方式缔合，而不是完全依靠共价键连接。随着条件变化，这类组装体可以增长、缩短或交换组分。(doi.org)
溶剂可以竞争同一组供体和受体位点。在一种介质中能够有效促成缔合的氢键排列模式，在另一种介质中可能表现不同。对水中螺旋组装体的实验表明，疏水微环境可以保护形成氢键的基团，使其免受溶剂竞争。这些组装体的形成结合了氢键与疏水效应，而不是单独依赖其中任何一种相互作用。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)