Donorami protonu w wiązaniach wodorowych mogą być między innymi grupy: hydroksylowa (), aminowa (), ewentualnie tiolowa (), halogenowodór (XH), a niekiedy nawet ugrupowanie (). Natomiast akceptorami protonu mogą być wszystkie atomy silnie elektroujemne, między innymi fluor, azot, tlen, w mniejszym stopniu siarka i pozostałe chlorowce, a także układy π-elektronowe występujące w nienasyconych związkach organicznych. Wiązania wodorowe z układami π-elektronowymi przypominają kształtem wiązania metal-węgiel w π kompleksach, lecz ich natura jest zupełnie inna, ponieważ wodór nie ma elektronów na orbitalach d, zaś oddziaływanie metal-układ π-elektronowy jest kowalencyjne.
Wiązania wodorowe występują powszechnie w naturze. W czystej wodzie cząsteczki tworzą „paczki”, składające się w temperaturze 4 °C ze średnio siedmiu cząsteczek powiązanych tymi wiązaniami. Dzięki istnieniu wiązań wodorowych możliwe jest tworzenie się struktur przestrzennych białek, kwasów nukleinowych i wielu innych złożonych tworów o dużym znaczeniu biologicznym. Badaniem takich struktur, opartych zwykle właśnie na wiązaniach wodorowych, zajmuje się chemia supramolekularna.