氢原子会和电负性较大、半径较小的原子 X（例如氟、氧、氮等）以共价键的形式相结合。倘若它与电负性大的原子 Y（与 X 相同也可）相互靠近，那么在 X 和 Y 之间会以氢作为媒介，形成 X-H···Y 这种特殊的分子间或者分子内的相互作用，此即被称为氢键。
X 和 Y 既能够是同一种类的分子，像水分子之间存在的氢键；也能够是不同种类的分子，例如一水合氨分子（NH3·H2O）之间的氢键。
在 2013 年 11 月 22 日，中科院国家纳米科学中心宣称，该中心的科研人员在国际上首次“拍摄”到了氢键的“照片”，达成了氢键的实空间成像，为“氢键的本质”这一在化学界争论了八十多年的问题给予了直观的证据。这不但使人类对于微观世界的认知向前迈进了一大步，而且为在分子、原子尺度上的研究提供了更为精确的办法。
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