O legătură de hidrogen este o legătură relativ slabă pe care atomii de hidrogen o fac cu atomii electronegativi de azot, oxigen sau fluor. Legăturile de hidrogen sunt mai slabe decât legăturile ionice, covalente și metalice, dar totuși ușor puternice în sine, cu o energie de obicei între 5 și 30 kJ/mol. În schimb, legăturile covalente slabe au o energie de aproximativ 155 kJ/mol. Legătura de hidrogen poate fi fie o legătură intermoleculară (între molecule) fie intramoleculară (între diferite părți ale unei molecule). Acest tip de legătură poate apărea atât în molecule organice, cum ar fi ADN, cât și în molecule anorganice, cum ar fi apa. Legăturile de hidrogen sunt parțial responsabile pentru structura secundară și terțiară complexă a proteinelor.
Cel mai omniprezent și cel mai simplu exemplu de legături de hidrogen este în apă, unde fiecare moleculă de apă este legată de patru molecule de apă adiacente prin legături de hidrogen. Atomul de oxigen din fiecare moleculă de apă are doi electroni singuri de oferit, care sunt imediat legați de atomii de hidrogen din alte molecule de apă. În plus, cei doi atomi de hidrogen atașați la fiecare legătură de oxigen se leagă de moleculele de oxigen din moleculele de apă adiacente. Această legătură intermoleculară este responsabilă pentru punctul de fierbere relativ ridicat al apei. Apa are un punct de fierbere extrem de ridicat în raport cu materialele formate din molecule de dimensiuni similare. Dacă aceste legături nu ar exista, apa ar fierbe la o temperatură similară cu cea a dioxidului de carbon (care fierbe la -78 °C sau -108.4 °F) și viața așa cum o știm ar fi imposibilă.
O legătură de hidrogen constă dintr-un acceptor de legătură de hidrogen, atomul țintă și un donor de legătură de hidrogen, atomul de hidrogen însuși. Uneori, în molecule precum cloroformul (CHCl3), carbonul poate fi implicat în legăturile de hidrogen, mai ales atunci când este înconjurat de atomi electronegativi, cum ar fi clorul. O legătură de hidrogen este neobișnuită și adesea numită interacțiune electrostatică dipol-dipol (o interacțiune intermoleculară slabă), adunând-o cu mai multe legături tranzitorii cauzate de fluctuațiile cuantice de moment ale sarcinii electrice, dar are și multe caracteristici ale legăturilor covalente mult mai puternice, unde norii de electroni se suprapun de fapt direct. Aceste caracteristici includ direcționalitatea, rezistența, distanțele interatomice de producție mai scurte decât cele tipice în interacțiunile tranzitorii van der Waals și un număr limitat de parteneri de interacțiune, ceea ce este diagnosticul de legături mai puternice.
Lungimea legăturilor de hidrogen variază în funcție de rezistența legăturii, temperatură și presiune. Rezistența aderării depinde și de o serie de factori, inclusiv temperatura, unghiul de legătură, presiunea și mediul. În apă, lungimea tipică a unei legături de hidrogen este de 1.97 Å (197 pm).