多肽分子中構成多肽鏈的基本化學鍵是肽鍵，肽鍵與相鄰的兩個碳原子所組成的基團（—C—CO—NH—C—）稱為肽單元。肽鏈就是由許多肽單元連接而成的，它們構成多肽鏈的主鏈骨架。通過對一些簡單的肽和蛋白質肽鍵的X射線晶體衍射法分析，證明肽單元的空間結構具有以下3個顯著的特征：
1. 肽單元是平面結構。組成肽單元的6個原子位于同一平面內，形成一個肽鍵的平面結構，稱為肽鍵平面。
2. 肽鍵具有局部雙鍵性質，不能自由旋轉。肽鍵中的C一N鍵長為0.132nm，比相鄰的C一N單鍵（0.147nm）短，而較一般的C=N（0.127nm）長，介于兩者之間。這表明羰基的x電子發生離域現象，使肽鍵局部具有雙鍵性質，因此C一N之間的旋轉受到一定的阻礙。
3. 肽鍵呈反式構型。由于肽鍵不能自由旋轉，肽鍵平面上各原子可出現順反異構現象，與C一N鍵相連的O與H或兩個C。原子之間一般呈較穩定的反式構型。
肽鍵平面中除C一N鍵不能旋轉外，兩側的C一N和C一C。鍵均為鍵，因而相鄰的肽鍵平面可圍繞C。旋轉，肽鏈的主鏈骨架也可視為由一系列通過C。原子銜接的肽鍵平面所組成。肽鍵平面的旋轉所產生的立體結構可呈現多種狀態，從而導致蛋白質分子呈各種不同的構象。
天然存在的肽分子大小不等，有些是蛋白質降解的片斷，有些是具有特殊的生理和藥理作用的活性物質。就目前所知的多肽而言，多數是開鏈肽，少數為分支開鏈肽，環狀的多肽則非常少見。肽的化學性質在某些方面與氨基酸類似，而各種氨基酸殘基的R基團則對肽的性質有較大影響。肽與氨基酸一樣，也含有一COO和一NH等酸性和堿性基團，因此也以偶極離子形式存在，具有各自的等電點。在水溶液中的酸堿性質，主要取決于側鏈可電離的R基團的數目和性質。