Una molécula de agua aislada en el vacío se describe mejor como totalmente covalente, pero con un momento dipolar. Si tiene un conjunto de ellos en estado sólido (hielo ordinario), los átomos de hidrógeno se unen débilmente a los átomos de oxígeno de otras moléculas (enlaces de hidrógeno) y cada átomo de oxígeno está rodeado por cuatro átomos de hidrógeno en una distribución aproximadamente tetraédrica, aunque dos de los los átomos de hidrógeno están claramente más cerca del átomo de oxígeno que los otros dos. Esos dos más cercanos normalmente se describirían como unidos covalentemente.
En el líquido, hay algunos enlaces de hidrógeno, pero la situación es más caótica porque su debilidad significa que con frecuencia se hacen o se rompen a través de colisiones. Al mismo tiempo, un átomo de hidrógeno podría disociarse del agua a la que pertenece y transferirse a un complejo de moléculas de agua como algo que se puede describir como H3O +. (H2O) n + OH -. (H2O) m, que describiría como iónico . Este componente iónico es de concentración bastante baja, ya que el logaritmo de su concentración es nominalmente -7. La razón por la que se disocia de esa manera es que la polarización de los grupos de agua n y m reduce la energía total.