קשרים קוולנטיים נוצרים כאשר זוגות אלקטרונים משותפים בין אטומים אינטראקציה. קשרים חזקים אלה דורשים כמות גדולה של אנרגיה כדי להישבר.

בעוד שקשרים קוולנטיים הם כוחות תוך-מולקולריים המחברים אטומים למולקולות, אטרקציות בין-מולקולריות ולא קוולנטיות, מייצבות קבוצות אטומים בין מולקולות או בתוך חלקים שונים של מולקולה גדולה יותר.

אף על פי שהן חלשות בנפרד, אינטראקציות לא קוולנטיות, רבות יחד יכולות לשמור על מולקולות קשורות לאורך זמן.

ארבעה סוגים עיקריים של אטרקציות לא קוולנטיות, מתרחשים במערכות ביולוגיות: אינטראקציות יוניות, קשרי מימן, כוחות ואן דר ואלס ואינטראקציות הידרופוביות.

אינטראקציות יוניות מתרחשות בין יונים טעונים מנוגדים.

בעמוד השדרה של הדנ"א יש קבוצות פוספטים רבות בעלות מטען שלילי קרובות זו לזו. כדי לייצב את המולקולה, קטיונים כגון מגנזיום מתקשרים עם קבוצות הפוספטים, ומנטרלים את המטען נטו על הדנ"א.

קשר מימן נוצר כאשר אטום מימן הקשור באופן קוולנטי לאטום אלקטרושלילי מאוד, כגון חמצן או חנקן, מקיים אינטראקציה עם זוג האלקטרונים הבודדים באטום אלקטרושלילי אחר.

בדנ"א, הגדילים המשלימים מזווגים יחד על ידי קשרי מימן. בסיס מגדיל אחד חולק את המימן הקשור באופן קוולנטי שלו עם אטומי חנקן או חמצן על בסיס אחר על הגדיל הנגדי.

אינטראקציות ואן דר ואלס מתרחשות כאשר שתי מולקולות מתקרבות זו לזו מקרוב.

כוחות משיכה לא ספציפיים אלה נובעים מדיפולים זמניים הנוצרים על ידי תנועה מהירה של אלקטרונים ברחבי המולקולה. עם זאת, כאשר המולקולות מתקרבות יותר מדי, דחייה אלקטרוסטטית מבטלת את האינטראקציות של ואן דר ואלס.

לבסוף, אינטראקציות הידרופוביות הן קשר מאולץ של קבוצות הידרופוביות עקב דחייה ממולקולות המים.

בסביבה מימית, החלקים ההידרופוביים של מולקולות שומנים אינם יכולים לשבש בקלות את קשרי המימן בין מולקולות מים.

האינטראקציה בין מולקולות המים חזקה יותר מהאינטראקציה בין המים למולקולות השומנים. אז, חלקים הידרופוביים של שומנים לקשר, גורם שומנים לצבור.