산소, 불소, 염소, 브롬, 질소 등의 전기음성도(원자가 전자를 끌어당기는 능력)가 큰 원자가, 거기에 결합한 수소 원자를 사이에 두고 동일 분자들 또는 전기음성도가 큰 원자에 근접해 안정해질 때의 결합을 말한다. 보통 불소(F), 산소(O), 질소(N)와 다른 분자의 수소가 결합하여 이루어지는 분자 사이의 결합을 말한다. 이로 인하여 수소결합을 하는 물질은 높은 끓는점을 갖는다. 살리실산은 분자 내의 수소와 산소 사이의 수소결합을 갖기도 한다. 물은 많은 분자가 수소 결합으로 결합하고 있기 수분량 때문에 분자구조가 간단한 데 비해 높은 끓는점과 큰 증발열을 가지고 있다. HF는 F-H…F, H2O는 O-H…O, NH3는 N-H…N과 같이 결합한다. …는 수소결합을 나타낸다.