El ensamblaje de los distintos sillares estructurales para dar lugar a los diferentes tipos de macromoléculas se lleva a cabo mediante enlaces covalentes de gran estabilidad. Aunque como resultado de reacciones químicas entre diferentes grupos funcionales existe en la naturaleza una gran variedad de este tipo de enlaces, un reducido número de ellos es el responsable de la construcción de la inmensa mayoría de las biomoléculas. Así, los monosacáridos se ensamblan mediante enlaces glucosídicospara dar lugar a los polisacáridos, los aminoácidos mediante enlaces peptídicos para dar lugar a las proteínas, los enlaces éster predominan entre los componentes de los lípidos y de los ácidos nucleicos. La utilización de sólo unos pocos tipos de enlace químico para construir sus biomoléculas resulta muy ventajosa para los seres vivos, ya que ello les permite llevar a cabo un control muy eficaz y económico de las reacciones químicas celulares.

En la formación o rotura de enlaces covalentes entre átomos vecinos se ve implicada una cantidad importante de energía. Existe un tipo adicional de interacciones interatómicas, denominadas interacciones débiles, que son mucho menos energéticas y que por lo tanto pueden romperse o establecerse con extraordinaria facilidad. Muchos de los acontecimientos que a nivel molecular tienen lugar en las células vivas, entre los que destacan la determinación de la estructura tridimensional de las macromoléculas o la relación estereoespecífica entre el enzima y su sustrato, responden a este tipo de interacciones. Las interacciones débiles de importancia biológica pueden ser de varios tipos: puentes de hidrógeno, interacciones iónicas, interacciones hidrofóbicas y fuerzas de Van der Waals.