Wanneer een waterstofatoom covalent bindt aan één zuurstof- of stikstofatoom, wordt aangenomen dat het een gedeeltelijk positieve lading heeft. Dit komt omdat de elektronegativiteit van zuurstof en stikstof groter is dan die van waterstof, wat betekent dat ze sterker elektronen aantrekken. Als gevolg hiervan worden de elektronen in de covalente binding naar het zuurstof- of stikstofatoom getrokken, waardoor het waterstofatoom een ​​lichte positieve lading achterlaat.

Deze gedeeltelijke positieve lading op het waterstofatoom kan vervolgens een ander atoom of molecuul aantrekken, zoals een tweede zuurstof- of stikstofatoom, om een ​​waterstofbrug te vormen. Waterstofbruggen zijn zwakker dan covalente bindingen, maar ze kunnen nog steeds een belangrijke rol spelen bij het bepalen van de structuur en eigenschappen van moleculen en materialen. Waterstofbruggen zijn bijvoorbeeld verantwoordelijk voor het hoge kookpunt van water en de oplosbaarheid van veel polaire moleculen in water.