胶水能将两个物体牢固地结合在一起，其背后是物理和化学作用的综合结果，主要机理有以下几种。首先是机械互锁：大多数材料表面在微观下是凹凸不平的。液态胶水在毛细作用下渗入这些微孔和缝隙，固化后形成无数微小的“锚栓”或“钩子”，与基底材料机械地咬合在一起，这种效应对多孔材料（如木材、纸张、布料）尤为显著。其次是分子间作用力，这是胶合更普遍的基础。胶水分子与被粘物表面分子之间会产生范德华力、氢键、偶极-偶极相互作用等。虽然每个键合力很弱，但亿万计的合力就非常可观。对于非多孔的平滑表面（如金属、塑料），这种作用力是粘合的主力。最后是化学键合，某些高性能胶粘剂（如环氧树脂、氰基丙烯酸酯“瞬间胶”）的活性基团能与被粘物表面的某些基团发生化学反应，形成坚固的共价键，从而获得极高的粘接强度。胶水从液态（便于铺展和浸润）通过溶剂挥发、冷却或聚合反应转变为固态，是实现这些作用的关键步骤。
