氢原子能够与电负性较大、半径较小的原子X（例如氟、氧、氮等）形成共价键。当与电负性较大的原子Y（可以与X相同）靠近时，X与Y之间可以通过氢作为媒介形成一种特殊的分子间或分子内相互作用，被称为氢键。氢键既可以在同种类分子中出现，比如水分子之间的氢键，也可以出现在不同种类分子之间，例如一水合氨分子（NH3·H2O）之间的氢键。2013年11月22日，中科院国家纳米科学中心宣布他们的科研人员首次通过实空间成像技术成功地记录下了氢键的“照片”，这一成果为化学界持续了80多年的“氢键的本质”争论提供了直接证据。这一重要突破不仅推进了我们对微观世界的认识，也为分子和原子尺度上的研究提供了更加精确的方法。
