Важную роль водородные связи играют в структуре воды и льда. На рис. 6 показан фрагмент структуры льда Ι. Каждый атом кислорода в этой структуре тетраэдрически связан с четырьмя другими атомами кислорода, между ними располагаются атомы водорода; два атома водорода соединены с данным атомом кислорода полярной ковалентной связью (d=1,011Ǻ), два других — водородной связью (d=1,752 Ǻ; EO…H ≈ 5ккал/моль), т.е. входят в состав двух других молекул H2O. Создается ажурная структура, далекая от плотной упаковки. Отсюда небольшая плотность и значительная рыхлость льда. При плавлении льда водородные связи частично разрушаются (примерно на 10%); это несколько сближает молекулы, поэтому вода немного плотнее льда. Нагревание воды, с одной стороны, приводит к ее расширению, т.е. к увеличению объема, с другой стороны, оно вызывает дальнейшее разрушение водородных связей и тем самым уменьшение объема. В результате плотность воды проходит через максимум (при 4oC).

Водородная связь играет большую роль в процессах растворения, так как растворимость зависит от способности вещества создавать водородные связи с растворителем; при этом часто образуются продукты их взаимодействия — сольваты. В качестве примера можно оказать на растворение спиртов в воде. Этот процесс сопровождается выделением теплоты и уменьшением объема, т.е. признаками соответствующими образованию соединений. Отсутствием влияния водородной связи можно объяснить и те случаи, когда полярные соединения нерастворимы в воде. Так, полярный йодистый этил хорошо растворяет неполярный нафталин, а сам не растворяется в таком полярном растворителе, как вода.

Вопрос о природе водородной связи окончательно не решен. Ясно, что здесь играют роль и междипольное взаимодействие, и эффект поляризации, и донорно-акцепторный механизм. Трудность квантово-механического расчета водородной связи обусловлена тем, что погрешность вычисления значительно больше величины энергии водородной связи. По-видимому наиболее надежные результаты можно ожидать от метода молекулярных орбиталей.

Водородная связь встречается почти повсеместно — и в органических кристаллах (содержащих атомы C, H и O), и в белках (в них есть атомы C, H и N), и в полимерах, а следовательно живые организмы всегда изобилуют водородными связями. Предполагают, что и действие памяти связано с хранением информации в конфигурациях с водородными связями. "Всеобщность" водородной связи обусловлена также тем, что молекулы H2O встречаются повсеместно, а каждая из них, имея в своем составе два атома водорода и две необобщенные электронные пары, может образовать четыре водородные связи.