Vodikova vez ima pomembno vlogo pri določanju tridimenzionalne zgradbe nekaterih ključnih biomolekul, npr. proteinov in nukleinskih kislin. Pri teh makromolekulah lahko nastanejo vodikove vezi med deli iste makromolekule ali pa se različne verige makromolekul povežejo med seboj z vodikovimi vezmi, kar omogoča, da dobi makromolekula povsem specifično obliko, od katere je odvisna njena fiziološka in biokemična funkcija v organizmu. Oblika dvojne vijačnice DNK nastane s povezovanjem dveh polimernih verig preko vodikovih vezi pripadajočih parov organskih baz. Sekundarna zgradba beljakovin je tudi posledica vodikovih vezi med atomi kisika karbonilne skupine (-C=O) in atomi vodika amino skupine (- N-H), med sosednjimi peptidnimi vezmi (-CONH), proteinske makromolekule.

Shematski prikaz zgradbe dvojne vijačnice DNK	Model proteinske makromolekule

Slika 10: Vodikove vezi v biomolekulah, Vir 6

Leva slika prikazuje shemo povezovanja dveh delov DNK preko organskih baz (prikazane so s črkami). Pari organskih baz so povezani z vodikovimi vezmi. Desna slika prikazuje model alfa-vijačnice beljakovinske makromolekule; rumene pikice predstavljajo vodikove vezi med peptidnimi vezmi iste makromolekule.