Het belangrijkste kenmerk van een molecuul voor waterstofbinding is de aanwezigheid van een zeer elektronegatief atoom, zoals zuurstof, stikstof of fluor, gebonden aan een waterstofatoom. Dit elektronegatieve atoom trekt de elektronenwolk van het waterstofatoom aan, waardoor een gedeeltelijk positieve lading op het waterstofatoom ontstaat. Deze gedeeltelijk positieve lading kan vervolgens interageren met de gedeeltelijk negatieve lading op een ander elektronegatief atoom, waardoor een waterstofbrug ontstaat.