在有機化學中，肽鍵是一種酰胺類型的共價化學鍵，連接兩個連續的α-氨基酸，一個α-氨基酸的 C1（xxx個碳）和另一個α-氨基酸的 N2（第二個氮）沿著肽或蛋白質 鏈。

它也可以稱為肽鍵，以區別于異肽鍵，異肽鍵是兩個氨基酸之間的另一種酰胺鍵。

當兩個氨基酸通過肽鍵形成二肽時，這是一種縮合反應。 在這種縮合中，兩個氨基酸相互靠近，其中一個的非側鏈 (C1) 羧酸部分靠近另一個的非側鏈 (N2) 氨基部分。 一個從其羧基 (COOH) 中失去一個氫和氧，另一個從其氨基 (NH2) 中失去一個氫。 該反應產生一個水分子 (H2O) 和兩個通過肽鍵 (?CO?NH?) 連接的氨基酸。 兩個連接的氨基酸稱為二肽。

當一個氨基酸分子的羧基與另一個氨基酸分子的氨基反應時，會合成酰胺鍵，導致釋放出一分子水（H2O），因此該過程是脫水合成反應。

肽鍵的形成消耗能量，在生物體中，能量來自 ATP。 肽和蛋白質是通過肽鍵（有時通過一些異肽鍵）連接在一起的氨基酸鏈。 生物體使用酶產生非核糖體肽，并使用核糖體通過與脫水合成在細節上不同的反應產生蛋白質。

一些肽，如 alpha-amanitin，被稱為核糖體肽，因為它們是由核糖體制成的，但許多肽是非核糖體肽，因為它們是由專門的酶而不是核糖體合成的。 例如，三肽谷胱甘肽是通過兩種酶從游離氨基酸分兩步合成的：谷氨酸-半胱氨酸連接酶（形成異肽鍵，不是肽鍵）和谷胱甘肽合成酶（形成肽鍵）。

肽鍵可以通過水解（加水）而斷裂。 肽鍵在水中的水解釋放出 8–16 kJ/mol (2–4 kcal/mol) 的吉布斯能。 這個過程非常緩慢，在 25°C 下每個鍵的半衰期在 350 到 600 年之間。

在活生物體中，該過程通常由稱為肽酶或蛋白酶的酶催化，盡管有報道稱肽/蛋白質折疊成天然結構時由構象應變引起肽鍵水解。 因此，這種非酶促過程不會因過渡態穩定而加速，而是因基態不穩定而加速。

肽鍵的吸收波長為 190–230 nm，這使其特別容易受到紫外線輻射的影響。

氮原子上孤電子對的顯著離域使該基團具有部分雙鍵特征。 部分雙鍵使酰胺基團呈平面狀，出現在順式或反式異構體中。 在蛋白質的展開狀態下，肽基團可以自由異構化并采用兩種異構體； 然而，在折疊狀態下，每個位置僅采用一個異構體（極少數例外）。 在大多數肽鍵中，反式形式是壓倒性的首選（反式：順式群體中的比率大約為 1000：1）。 然而，X-Pro 肽組往往具有大約 30:1 的比例，大概是因為脯氨酸的 Cα 和 Cδ 原子之間的對稱性使得順式和反式異構體的能量幾乎相等。

與肽組相關的二面角（由四個原子 Cα–C'–N–Cα 定義）表示為 ω {\displaystyle \omega } ； ω = 0 ° {\displaystyle \omega =0{\circ }} 對于順式異構體（同平面構象），以及 ω = 180 ° {\displaystyle \omega =180{\circ }} 反式異構體（反周面構象）。

酰胺基團可以異構化順式和反式之間的 C'-N 鍵，盡管速度很慢（室溫下 τ ～ 20 {\displaystyle \tau \sim 20} 秒）。 過渡態 ω = ± 90 ° {\displaystyle \omega =\pm 90{\circ }} 要求部分雙鍵斷裂，因此活化能大約為 80 kJ/mol（20 kcal/ 摩爾）。 然而，通過有利于單鍵形式的變化可以降低活化能（并催化異構化），例如將肽基團置于疏水環境中或為 X-Pro 肽基團的氮原子提供氫鍵 . 這兩種降低活化能的機制都已在肽基脯氨酰異構酶 (PPIases) 中觀察到，PPIases 是天然存在的酶，可催化 X-Pro 肽鍵的順反異構化。

構象蛋白質折疊通常比順反異構化（10-100 秒）快得多（通常為 10-100 毫秒）。