分子間形成氫鍵時，化合物的熔點、沸點顯著升高。HF和H2O等第二周期元素的氫化物，由于分子間氫鍵的存在，要使其固體熔化或液體氣化，必須給予額外的能量破壞分子間的氫鍵，所以它們的熔點、沸點均高于各自同族的氫化物。
值得注意的是，能夠形成分子內氫鍵的物質，其分子間氫鍵的形成將被削弱，因此它們的熔點、沸點不如只能形成分子間氫鍵的物質高。硫酸、磷酸都是高沸點的無機強酸，但是硝酸由于可以生成分子內氫鍵的原因，卻是揮發性的無機強酸。可以生成分子內氫鍵的鄰硝基苯酚，其熔點遠低于它的同分異構體對硝基苯酚。
由于具有靜電性質和定向性質，氫鍵在分子形成晶體的堆積過程中有一定作用。尤其當體系中形成較多氫鍵時，通過氫鍵連接成網絡結構和多維結構在晶體工程學中有重要意義。
