Согласно теории водородной связи все группы, определяющие субстантивность красителей, делятся на два типа:

группы, которые несут одну пару электронов и могут действовать как электронодоноры;

группы, которые имеют водородные атомы, способные образовывать водородную связь с другими группами

Согласно этой теории красители, содержащие группы первого типа, способны через водородные связи присоединиться к гидроксильным группам целлюлозы, при этом в образовании водородной связи участвует водород гидроксильных групп целлюлозного волокна. Для красителей, содержащих группы второго типа, водородная связь образуется за счет водорода этих групп и кислорода гидроксильных групп целлюлозы.

На взаимодействие прямых красителей с целлюлозными волокнами большое влияние оказывает природа функциональных (ауксохромных) групп. Например, азокрасители, имеющие аминогруппы, обнаруживают большее сродство к целлюлозе, чем аналогичные красители с гидроксильными группами в тех же самых положениях.

Существенным фактором, оказывающим влияние на взаимодействие красителя с волокном, является наличие в молекуле красящего вещества групп, способствующих растворению его в воде, и прежде всего сульфогрупп, которые сообщают красителю сродство к воде. Такие группы сообщают молекуле красителя при се ионизации отрицательный заряд. Так как в водной среде целлюлоза также заряжается отрицательно, между красителем и волокном возникают силы электростатического отталкивания, что в еще большей степени снижает субстантивные свойства красящего вещества. В таких красителях, как прямой чисто-голубой и дианиловый синий, имеющих по четыре сульфогрупны, снижение субстантивности настолько велико, что в отсутствие электролита они не окрашивают целлюлозные волокна. В то же время хризофенин, оксамин фиолетовый и бензопурпурин 4В, имеющие по две сульфогруппы, окрашивают целлюлозу в отсутствие электролитов. Однако нельзя не учесть, что при фиксации красителя помимо водородных связей существенную роль играют и межмолекулярные силы Ван-дер-Ваальса благодаря непосредственному контакту ароматических колец красителя с поверхностями глюкозных остатков макромолекулы целлюлозы.

Следовательно, для проявления субстантивных свойств по отношению к целлюлозе молекула красителя должна удовлетворять следующим требованиям:

обладать способностью принимать линейную конфигурацию и планарное расположение;

иметь группы, способные образовывать водородные связи;

иметь систему конъюгированных двойных связей, оказывающую благоприятное влияние на образование водородных связей группами, расположенными на концах конъюгированной цепи.