肽分子主要骨架结构是由[-氮原子-碳原子-碳原子-]反复串接而成。其中两个碳原子的化学状态又不相同，N原子右侧的为带侧链基（Gly除外）的α-C原子，N原子左侧的为酰基C原子。除了Pro残基外，出现在肽及蛋白质分子中的其他十九种氨基酸残基上的N原子均带有一个H原子，后者作为H的供体可以与肽链上酰基中的O原子（H的受体）形成氢键。除了含残基数较少的寡肽外，一般的肽分子中往往存在密度很高的氢键缔合结构，即肽的二级结构。这些结构因为H供体与受体的位置差别，又存在一些不同的形式。

① α-螺旋（α-Helix）

基于各残基的α-C上侧链基团的空间位阻及电荷情况的差异，可使α-螺旋有三种类型。

② β-片条或β折叠（β-Sheet）

当肽链上连续存在许多疏水性残基（如Leu、He、Val、Met、Tyr、Trp、Phe、Ala）时，更容易在每个酰胺结构上发生链间平行方式的氢键缔合。

从β-Sheet的结构上可以看出沿着肽键延伸的方向主链两侧存在大量的氢键。它们可使肽链之间紧紧地聚集（aggregation）在一起。值得指出的是，当β-Sheet结构在整个主链二级结构中占的比例越大时，这个肽的溶解性就越差。这种特征不但会造成缩合接肽反应存在困难，而且在体内还会引发特殊的生物学后果。最明显的实例就是疯牛病、帕金森病及AD（早老年性痴呆）等的病理部位均含有大量的不溶性蛋白沉积，其中含有致密的β-Sheet结构。

③ β-转角（β-turn）

与α-Helix及β-Sheet结构中存在大量氢键不同的是，肽键中间有时存在相邻的三个残基由一个氢键形成的十元环结构，由此结构延伸出的N端主链及C端主链几乎沿同一方向平行展开。这种含三个残基的十元环就是β-turn结构。此外，尚有两个残基参与的相当于七元环的r-turn结构。但这种结构中的H键缔合强度较弱。β-turn处在肽键的U形拐弯的地方，很容易与体内蛋白受体接近。实际上，可引发许多生物活性效应的配基与受体如与底物、激素与靶点、抗原与抗体的结合往往是由β-turn结构的参与而完成的。因此许多新药研究也是基于β-turn的结构与功能而设计的。

④ 无序卷曲（random coil）

在肽链的序列结构中，如果没有可形成氢键缔合的一级结构就不会引发α-helix、β-sheet及β-turn等二级结构。这种肽分子的主链就会处于无规律、松散状态，称之为无序卷曲。这种结构与环境中的溶剂分子接触最充分，因而溶解性很好。具有无序卷曲链的肽化合物不但很容易组装合成，而且在机体内也易于转运。已有的研究表明，肽链中如果较多地存在Pro、Gly、Asn、Ser、Asp、Thr等残基，它们往往干扰规则的氢键缔合而出现无序卷曲状态。因此在结构设计中合理地引入这类残基，可能会改善中间体及终产物的溶解性。