在化學中，超分子組裝是由非共價鍵固定在一起的分子復合物。雖然超分子組裝可以簡單地由兩個分子組成（例如，DNA雙螺旋或一個包容化合物），或在一個四元復合物中確定數量的隨機互動的分子，但它更經常被用來表示由不確定數量的分子組成的更大的復合物，形成球狀、棒狀或片狀的物種。膠體、液晶、生物分子凝結物、膠束、脂質體和生物膜都是超分子集合體的例子，其研究領域被稱為超分子化學。超分子集合體的尺寸可以從納米到微米不等。因此，它們允許使用自下而上的方法獲得納米級的物體，其步驟比類似尺寸的單一分子少得多。

超分子組合的形成過程被稱為分子自組裝。有些人試圖將自組裝區分為單個分子形成定義的集合體的過程。那么，自組織則是這些聚合體創造高階結構的過程。這在討論液晶和嵌段式共聚物時是很有用的。

正如配位化學所研究的，金屬離子（通常是過渡金屬離子）在溶液中與配體結合，在許多情況下，配位球定義了有利于配體之間或涉及配體和其他外部試劑的反應的幾何結構。

Charles Pedersen在以金屬陽離子為模板合成各種冠醚的過程中描述了一種眾所周知的金屬離子模板。例如，18-冠醚與鉀離子強烈配位，因此可以通過使用鉀離子作為模板金屬的威廉森醚合成來制備。

金屬離子經常被用于組裝大型超分子結構。金屬有機框架（MOFs）就是一個例子。MOFs是無限的結構，金屬作為節點將有機配體連接在一起。SCCs是離散的系統，選定的金屬和配體經過自組裝形成有限的超分子復合物，通常形成的復合物的大小和結構可以由選定的金屬-配體鍵的角度決定。

氫鍵輔助超分子組裝是通過非共價氫鍵的相互作用將小的有機分子組裝成大型超分子結構的過程。氫鍵的方向性、可逆性和強鍵性使其成為超分子組裝中一種有吸引力的有用方法。諸如羧酸、尿素、胺和酰胺等官能團通常被用來通過氫鍵組裝高階結構。

氫鍵在大型生物分子的二級和三級結構的組裝中起著重要作用。DNA雙螺旋是由核堿基之間的氫鍵形成的：腺嘌呤和胸腺嘧啶形成兩個氫鍵，而鳥嘌呤和胞嘧啶形成三個氫鍵（圖：（a）DNA雙鏈形成中的氫鍵）。自然界中氫鍵輔助組裝的另一個突出例子是蛋白質二級結構的形成。α-螺旋和β-片都是通過酰胺氫和酰胺羰基氧之間的氫鍵形成的（圖：（b）蛋白質β-片結構中的氫鍵）。

在超分子化學中，氫鍵已被廣泛地應用于晶體工程、分子識別和催化。氫鍵是自下而上的方法中最常用的協同物之一，用來設計晶體中的分子相互作用。超分子組裝的代表性氫鍵模式如圖所示 超分子組裝的代表性氫鍵模式。氰尿酸和三聚氰胺的1：1混合物形成了具有高度密集的氫鍵網絡的晶體。這種超分子聚合體已被用作工程其他晶體結構的模板。

超分子組裝體沒有具體的應用，但卻是許多有趣的反應的主題。一種納米纖維形式的多肽兩親物的超分子組合已被證明可以促進神經元的生長。這種超分子方法的一個優點是，納米纖維將降解回可以被人體分解的單個肽分子。通過樹枝狀二肽的自我組裝，可以產生空心圓柱體。圓柱形組件擁有內部螺旋秩序，并自我組織成柱狀液晶格子。當插入囊狀膜時，多孔的圓柱形組合體介導質子的跨膜運輸。樹突的自組裝產生了納米線的陣列。電子供體-受體復合物構成了圓柱形組件的核心。