Aunque toda la molécula de agua es neutra, tiene una distribución de carga desigual. El átomo de oxígeno tomará electrones del átomo de hidrógeno, dándose cargas negativas parciales, mientras que el átomo de hidrógeno presenta cargas positivas parciales. El átomo de hidrógeno será atraído por el átomo de oxígeno de otra molécula de agua para formar un enlace de hidrógeno. Se trata de una fuerza no demasiado débil cuya fuerza se sitúa entre la fuerza de Van der Waals y el enlace covalente. El enlace de hidrógeno confiere al agua propiedades que no tienen otros disolventes.
Fuerte tensión superficial
Debido al enlace de hidrógeno, las moléculas de agua están sometidas a fuerzas internas más fuertes en la interfase entre el líquido y el gas, lo que confiere al agua una fuerte tensión superficial. Algunos insectos pequeños pueden caminar sobre la superficie del agua.
El agua tiene un elevado calor específico
La absorción de calor acelera el movimiento térmico irregular de las partículas. Las moléculas de agua tienen que romper los enlaces de hidrógeno antes de poder acelerar su movimiento. Esto consume algo de energía extra, y la energía cinética de las moléculas de agua no aumenta tanto como se esperaba. En comparación con otros líquidos, el agua absorbe más calor al aumentar la misma temperatura y libera más calor al disminuir la misma temperatura. Es esencial para mantener una temperatura moderada adecuada para la vida. Por ejemplo, el océano absorbe calor del sol mientras su temperatura aumenta sólo unos grados durante el día; por la noche, el océano libera el calor que absorbió durante el día para evitar que la temperatura descienda rápidamente. Esto evita que la temperatura de la Tierra cambie drásticamente (otra razón es el efecto invernadero).
Como el enlace de hidrógeno aumenta la fuerza entre las moléculas de agua, se consume más energía cuando las moléculas de agua entran en el aire. La evaporación del agua arrastra una gran cantidad de calor. En verano o durante el ejercicio intenso, las personas eliminan mucho calor mediante la evaporación del sudor, de modo que su temperatura corporal desciende rápidamente a niveles normales.
El hielo flota en la superficie del agua.
Para una misma sustancia, el sólido es más denso que el líquido. Sin embargo, el agua líquida es más densa porque su movimiento térmico molecular es más intenso y las moléculas de agua superan los enlaces de hidrógeno para permanecer más cerca. Cuando la temperatura es inferior a su punto de congelación, el enlace de hidrógeno separa más las moléculas de agua adyacentes debido a la reducción del movimiento térmico, formando un hexágono regular. Esto hace que el hielo sea más denso que el agua, por lo que puede flotar en la superficie. Esta propiedad es esencial para la vida. Si el hielo se hunde hasta el fondo, congelará el bentos y destruirá el ecosistema. El calor del sol puede quedar bloqueado por el agua de encima, y el hielo del fondo puede no derretirse del todo durante el verano. A largo plazo, habrá cada vez más hielo en ríos, lagos y océanos, y finalmente la vida no sobrevivirá.
El agua es un buen disolvente
Los átomos de oxígeno del agua con carga negativa atraen a los cationes y los átomos de hidrógeno del agua con carga positiva atraen a los aniones. Los iones se desprenden fácilmente por atracción y se disuelven en agua. Los compuestos iónicos como NaCl, MgCl₂ se disuelven fácilmente en agua. Aunque el azúcar no está compuesto por iones, tiene grupos hidrófilos -OH o -CHO. La carga desigualmente distribuida de estos grupos atrae a las moléculas de agua para hacerlas fácilmente solubles en agua. Incluso algunas moléculas grandes, como las proteínas, pueden disolverse en agua si tienen regiones hidrófilas o regiones iónicas.
Debido a que disuelve fácilmente moléculas polares e iones, el agua se ha convertido en un medio ideal para diversas reacciones químicas en la vida, y los nutrientes o residuos en las células se transportan a través del agua