El agua es la sustancia más abundante en los seres vivos, constituyendo más del 70% del peso de la mayoría de los organismos. El primer organismo vivo en la Tierra sin duda nació en un entorno acuoso, y el curso de la evolución ha sido moldeado por las propiedades del medio acuoso en el que comenzó la vida.

Las fuerzas de atracción entre las moléculas de agua y la baja tendencia del agua a ionizarse son de crucial importancia para la estructura y función de las biomoléculas.  La molécula de agua y sus productos de ionización, H+ y OH-, influyen profundamente en la estructura, organización y propiedades de todos los componentes celulares, incluyendo proteínas, ácidos nucleicos y lípidos. Las interacciones no covalentes responsables de la resistencia y especificidad del reconocimiento entre las biomoléculas están decisivamente influenciadas por las propiedades del agua como solvente, incluyendo su capacidad para formar enlaces de hidrógeno consigo misma y con los solutos.

Interacciones débiles en sistemas acuosos
Los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua proporcionan las fuerzas cohesivas que hacen que el agua sea líquida a temperatura ambiente y un sólido cristalino (hielo) con un arreglo altamente ordenado de moléculas a bajas temperaturas. Las biomoléculas polares se disuelven fácilmente en agua porque pueden reemplazar las interacciones entre las moléculas de agua (agua-agua) por interacciones energéticamente más favorables entre el agua y el soluto (agua-soluto). Por otro lado, las biomoléculas apolares son poco solubles en agua porque interfieren con las interacciones de tipo agua-agua, pero son incapaces de formar interacciones de tipo agua-soluto. En soluciones acuosas, las moléculas apolares tienden a formar agregados. Los enlaces de hidrógeno e interacciones iónicas, hidrofóbicas (del griego "miedo al agua") y de van der Waals son individualmente débiles, pero en conjunto tienen una influencia significativa en las estructuras tridimensionales de proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos y lípidos de membranas.

Los enlaces de hidrógeno son responsables de las propiedades inusuales del agua
El agua tiene un punto de fusión, ebullición y calor de vaporización más altos que otros solventes comunes. Estas propiedades inusuales son consecuencia de la atracción entre las moléculas de agua adyacentes, que proporciona una gran cohesión interna al agua líquida. 

Los enlaces de hidrógeno son relativamente débiles. En agua líquida, la energía de disociación del enlace (la energía requerida para romper un enlace) es de aproximadamente 23 kJ/mol, en comparación con los 470 kJ/mol de un enlace covalente O-H en agua o los 348 kJ/mol de un enlace covalente C-C. El enlace de hidrógeno es aproximadamente un 10% covalente debido a las superposiciones en los orbitales de enlace, y aproximadamente un 90% electrostático.

A temperatura ambiente, la energía térmica de una solución acuosa (la energía cinética del movimiento de átomos y moléculas individuales) es del mismo orden de magnitud que la requerida para romper los enlaces de hidrógeno. Cuando el agua se calienta, el aumento de temperatura se refleja en el aumento de la velocidad individual de las moléculas de agua. En un momento dado, la mayoría de las moléculas en el agua líquida están unidas por enlaces de hidrógeno, pero el tiempo de vida de cada enlace de hidrógeno es solo de 1 a 20 picosegundos (1 ps = 10-12 s); cuando se rompe un enlace de hidrógeno, se forma otro enlace de hidrógeno en 0,1 ps, ya sea con la misma molécula o con otra. El término "agrupamientos oscilantes" se ha aplicado a los grupos de moléculas de agua interconectadas por enlaces de hidrógeno de vida corta en el agua líquida. La suma de todos los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua confiere al agua líquida una gran cohesión interna. Las redes extendidas de moléculas de agua unidas por enlaces de hidrógeno también forman puentes entre solutos (proteínas y ácidos nucleicos), lo que permite que las moléculas más grandes interactúen entre sí a distancias de varios nanómetros sin tocarse físicamente.