非共價相互作用與共價鍵的不同之處在于它不涉及電子共享，而是涉及分子之間或分子內的電磁相互作用的更分散的變化。在形成非共價相互作用時釋放的化學能通常約為1-5kcal/mol（每6.02×1023個分子1000-5000卡路里）。非共價相互作用可以分為不同的類別，例如靜電、π效應、范德華力和疏水效應。非共價相互作用對于維持大分子（如蛋白質和核酸）的三維結構至關重要。此外，它們還參與許多生物過程，在這些過程中，大分子彼此特異性但短暫地結合（參見DNA頁面的屬性部分）。這些相互作用也嚴重影響藥物設計、結晶度和材料設計，特別是對于自組裝，以及一般來說，許多有機分子的合成。分子間力是發生在不同分子之間而不是同一分子的不同原子之間的非共價相互作用。

離子相互作用涉及具有相反符號的完全xxx電荷的離子或分子的吸引力。例如，氟化鈉涉及鈉上的正電荷(Na+)與氟化物上的負電荷(F-)的吸引力。然而，這種特殊的相互作用在加入水或其他高極性溶劑后很容易被破壞。在水中離子對主要是熵驅動的；在中等離子強度I下，單個鹽橋通常相當于約ΔG=5kJ/mol的吸引力值，在I接近零時，該值增加到約8kJ/mol。ΔG值通常是相加的，并且在很大程度上獨立于參與離子的性質，過渡金屬離子等除外。這些相互作用也可以在特定原子上具有局部電荷的分子中看到。例如，與乙醇鹽（乙醇的共軛堿）相關的全部負電荷通常伴隨著堿金屬鹽的正電荷，例如鈉陽離子(Na+)。

氫鍵(H-bond)是一種特定類型的相互作用，它涉及部分正的氫原子與高度負電的、部分負的氧、氮、硫或氟原子（不與所述氫共價結合）之間的偶極-偶極吸引原子）。它不是共價鍵，而是歸類為強非共價相互作用。它解釋了為什么水在室溫下是液體而不是氣體（鑒于水的低分子量）。最常見的是，氫鍵的強度介于0–4kcal/mol之間，但有時可高達40kcal/mol在氯仿或四氯化碳等溶劑中，人們觀察到例如酰胺之間的相互作用，添加劑值約為5kJ/摩爾。根據LinusPauling的說法，氫鍵的強度基本上由靜電荷決定。對氯仿或四氯化碳中的數千個配合物的測量已經導致所有種類的供體-受體組合的自由能增加。

鹵素鍵是一種非共價相互作用，不涉及實際鍵的形成或斷裂，而是類似于稱為氫鍵的偶極-偶極相互作用。在鹵素鍵合中，鹵素原子充當親電子試劑或電子尋求物質，并與親核試劑或富電子物質形成弱靜電相互作用。這些相互作用中的親核試劑往往是高度電負性的（例如氧、氮或硫），或者可能是陰離子的，帶有負的形式電荷。與氫鍵相比，鹵素原子代替部分帶正電的氫作為親電體。鹵素鍵不應與鹵素-芳香族相互作用混淆，因為兩者是相關的，但定義不同。鹵素-芳族相互作用涉及作為親核試劑的富電子芳族π-云；鹵素鍵僅限于單原子親核試劑。

范德華力是涉及xxx或感應偶極子（或多極子）的靜電相互作用的一個子集。其中包括：

• xxx偶極-偶極相互作用，也稱為Keesom力
• 偶極誘導偶極相互作用，或德拜力
• 誘導偶極誘導偶極相互作用，通常稱為倫敦色散力

氫鍵和鹵素鍵通常不屬于范德華力。

偶極-偶極相互作用是分子中xxx偶極之間的靜電相互作用。這些相互作用傾向于排列分子以增加吸引力（降低勢能）。通常，偶極子與電負性原子有關，包括氧、氮、硫和氟。例如，一些指甲油去除劑中的活性成分丙酮具有與羰基結合的凈偶極子（見圖2）。由于氧比與其共價鍵合的碳更具電負性，因此與該鍵相關的電子將比碳更靠近氧，從而在氧上產生部分負電荷（δ-）和部分正電荷（δ+)在碳上。它們不是完全電荷，因為電子仍然通過氧和碳之間的共價鍵共享。如果電子不再被共享，那么氧-碳鍵將是靜電相互作用。通常分子包含偶極基團，但沒有整體偶極矩。如果分子內存在導致偶極子相互抵消的對稱性，則會發生這種情況。這發生在四氯甲烷等分子中。請注意，兩個單獨原子之間的偶極-偶極相互作用通常為零，因為原子很少攜帶xxx偶極。參見原子偶極子。

偶極誘導的偶極相互作用（德拜力）是由于具有xxx偶極的分子接近另一個沒有xxx偶極的非極性分子。這種方法導致非極性分子的電子朝向或遠離接近分子的偶極子極化（或誘導偶極子）。具體來說，偶極子可以引起來自非極性分子的電子的靜電吸引或排斥，這取決于進入偶極子的方向。具有較大原子半徑的原子被認為更容易極化，因此由于德拜力而受到更大的吸引力。

倫敦分散力是最弱的非共價相互作用類型。然而，在有機分子中，大量的接觸會導致更大的貢獻，特別是在雜原子存在的情況下。它們也被稱為誘導偶極誘導的偶極相互作用并且存在于所有分子之間，即使是那些本來就沒有xxx偶極子的分子。分散相互作用隨著相互作用基團的極化率而增加，但被極化率增加的溶劑削弱。它們是由電子暫時排斥相鄰分子的電子引起的，導致一個分子上的部分正偶極子和另一個分子上的部分負偶極子。己烷是沒有極性或高電負性原子的分子的一個很好的例子，然而在室溫下是液體，主要是由于倫敦色散力。在這個例子中，當一個正己烷分子接近另一個正己烷分子時，進入正己烷的一個暫時的、弱的部分負偶極子可以極化另一個正己烷分子的電子云，從而導致該正己烷分子上的一個部分正偶極子。在沒有溶劑的情況下，烴類（如己烷）由于分散力而形成晶體；晶體的升華熱是色散相互作用的量度。雖然這些相互作用是短暫且非常弱的，但它們可能是為什么某些非極性分子在室溫下是液體的原因。在該己烷分子上引起部分正偶極子。在沒有溶劑的情況下，烴類（如己烷）由于分散力而形成晶體；晶體的升華熱是色散相互作用的量度。雖然這些相互作用是短暫且非常弱的，但它們可能是為什么某些非極性分子在室溫下是液體的原因。在該己烷分子上引起部分正偶極子。在沒有溶劑的情況下，烴類（如己烷）由于分散力而形成晶體；晶體的升華熱是色散相互作用的量度。雖然這些相互作用是短暫且非常弱的，但它們可能是為什么某些非極性分子在室溫下是液體的原因。

π-效應可以分為許多類別，包括π-π相互作用、陽離子-π和陰離子-π相互作用以及極性-π相互作用。通常，π效應與分子與共軛分子（如苯）的π系統的相互作用有關。

π-π相互作用與分子系統的π軌道之間的相互作用有關。芳環的高極化率導致分散相互作用，這是對所謂的堆積效應的主要貢獻。這些在核堿基的相互作用中起主要作用，例如在DNA中。舉個簡單的例子，具有完全共軛π云的苯環將通過π-π相互作用以兩種主要方式（和一種次要方式）與相鄰的苯環相互作用。苯堆疊的兩種主要方式是邊對面的，焓約為2kcal/mol，另一種是移位（或滑動堆疊），焓約為2.3kcal/mol。由于π軌道中電子的高靜電排斥，夾心構型的相互作用不如前面提到的兩種穩定。

陽離子-π相互作用涉及陽離子的正電荷與分子π系統中的電子相互作用。這種相互作用非常強（在某些情況下與氫鍵一樣強或更強），并且在化學傳感器中有許多潛在的應用。例如，鈉離子可以很容易地位于苯分子的π云之上，具有C6對稱性。陰離子-π相互作用與陽離子-π相互作用非常相似，但相反。在這種情況下，陰離子位于貧電子π系統之上，通常通過在共軛分子上放置吸電子取代基來建立

極性-π相互作用涉及具有xxx偶極子（例如水）的分子與π系統的四極矩相互作用（例如苯中的四極矩（見圖5）。雖然不如陽離子-π相互作用強，但這些相互作用可以非常強（~1-2kcal/mol），并且通常參與蛋白質折疊和含有氫鍵和π系統的固體的結晶。事實上，任何具有氫鍵供體的分子（氫與高負電性結合atom)將與共軛分子的富電子π系統具有良好的靜電相互作用。

疏水效應是希望非極性分子在水溶液中聚集以與水分離。這種現象導致非極性分子對極性水分子（通常是球形液滴）的暴露表面積最小，并且常用于生物化學研究蛋白質折疊和其他各種生物現象。當混合各種油（包括食用油）和水時，也經常看到這種效果。隨著時間的推移，位于水面上的油將開始從較小的液滴聚集成大的扁平球體，最終導致所有油的薄膜都位于水池之上。然而，疏水效應不被認為是非共價相互作用，因為它是熵的函數，而不是兩個分子之間的特定相互作用，通常以熵為特征。焓補償。如果有限數量的水分子被限制在空腔內，則實質上是焓疏水效應。配體置換這些水分子釋放了水分子，這些水分子隨后在本體水中享有接近四個的xxx氫鍵。

大多數藥物是小分子，它們通過與酶或受體結合引發生理反應，導致酶功能的增加或減少。除了各種非共價相互作用外，小分子與蛋白質的結合受空間或空間考慮的組合控制，盡管一些藥物確實共價修飾活性位點（參見不可逆抑制劑）。使用酶結合的鎖和鑰匙模型，藥物（鑰匙）必須具有大致適當的尺寸以適合酶的結合位點（鎖）。使用適當大小的分子支架，藥物還必須與酶非共價相互作用，以使結合親和力結合常數最大化并降低藥物從結合位點解離的能力。已開發出非共價金屬藥物。例如，已經制備了雙核三螺旋化合物，其中三個配體鏈纏繞在兩種金屬周圍，形成大致圓柱形的四陽離子。這些化合物與不太常見的核酸結構結合，例如雙鏈DNA、Y形叉形結構和4路連接。

大多數蛋白質從一級（線性）氨基酸序列折疊成三維結構受許多因素影響，包括非共價相互作用。折疊的前約5毫秒主要取決于氫鍵，由此蛋白質折疊以在球狀蛋白質內部定向非極性氨基酸，而更多極性氨基酸殘基暴露于水性溶劑中。這一階段被稱為疏水坍塌，當非極性非共價相互作用將水排除在發展中的3D蛋白質結構內部時。在這個初始爆發階段之后，更多的極性非共價相互作用接管。在蛋白質折疊開始后5到1000毫秒之間，蛋白質的三維結構，稱為二級和三級結構，除了二硫鍵（共價鍵）外，還通過氫鍵的形成而穩定。通過一系列小的構象變化，空間方向被修改，以達到可實現的xxx能量最小化方向。蛋白質的折疊通常由稱為分子伴侶的酶促進。立體、鍵應變和角應變在蛋白質從一級序列折疊到三級結構的過程中也起主要作用。單個三級蛋白質結構也可以組裝形成由多個獨立折疊的亞基組成的蛋白質復合物。總的來說，這被稱為蛋白質的四級結構。四級結構是通過在不同亞基之間形成相對強的非共價相互作用（例如氫鍵）來產生功能性聚合酶。一些蛋白質還利用非共價相互作用在催化過程中結合活性位點中的輔因子，但是輔因子也可以共價連接到酶上。輔因子可以是有助于活性酶催化機制的有機或無機分子。輔因子與酶結合的強度可能會有很大差異。非共價結合的輔因子通常通過氫鍵或靜電相互作用錨定。

非共價相互作用對液體的沸點有顯著影響。沸點定義為液體的蒸氣壓等于液體周圍壓力的溫度。更簡單地說，它是液體變成氣體的溫度。正如人們所預料的那樣，一種物質存在的非共價相互作用越強，它的沸點就越高。例如，考慮三種化學成分相似的化合物：正丁醇鈉(C4H9ONa)、乙醚(C4H10O)和正丁醇(C4H9OH)。上圖中列出了與溶液中每種物質相關的主要非共價相互作用。如前所述，離子相互作用需要比氫鍵更多的能量來破壞，而氫鍵又比偶極-偶極相互作用需要更多的能量。在沸點中觀察到的趨勢（圖8）準確地顯示了預期的相關性，其中正丁醇鈉比正丁醇沸騰需要更多的熱能（更高的溫度），正丁醇的沸騰溫度比乙醚高得多。化合物從液態變為氣態所需的熱能與打破每個分子在其液態下經歷的分子間力所需的能量有關。