由同种分子结合成较复杂的分子，但又不引起化学性质改变，这种现象叫做分子缔合。HF、NH3、H2O等分子容易发生分子缔合，主要原因是形成了氢键。形成的分子叫缔合分子。分子发生缔合时放热。水分子发生缔合，xH2O缔合（H2O）x 热量，相反，（H2O）x离解成xH2O吸热。在固态时，大量水分子以氢键互相连接成巨型缔合分子。其中每个氧原子跟两个氢原子紧靠，形成O－H键（键长为101pm，键角为109°28' ，比原来104.5°稍稍扩张），而跟另外两个氢原子相距很远，形成键长276pm的氢键，这就是氢键的方向性。这个结构向空间无限周期性地延伸，就形成冰晶体。冰的结构比较疏松，出现密度比水小的特殊性质。当冰熔化成液态水时，部分氢键遭到破坏，部分缔合作用消除，但仍有许多运动自由的、以氢键结合的小集团（x=2，3，4，…），不断地变动、改组，且可堆积得较为紧密。因此冰熔化时体积反而缩小。在气态时，缔合作用完全消失，水就以单个分子存在。分子缔合作用除了形成氢键的原因外，还可以通过极性分子中偶极的相互作用，以及通过形成配位键（如AlCl3二聚体）而缔合。