维持蛋白质四级结构的主要化学键是疏水键。疏水键指的是多肽链上的某些氨基酸的疏水基团或疏水侧链，蛋白质分子中许多氨基酸的疏水侧链有形成疏水键的倾向，疏水残基常被水驱入蛋白质分子内总聚集成簇，可以起到形成和稳定蛋白质三、四级结构的的重要作用。
疏水键指两个不溶于水的分子间的相互作用，又叫做疏水作用力，不是真正的化学键。当分子中烃基链与水接触时，因不能被水溶剂化，界面水分子整齐地排列，导致系统熵值降低，能量增加，产生表面张力。
为了克服表面张力，疏水基团会收缩、卷曲和结合，将原来规则排布于表面的水分子排挤出，使疏水表面减少，转换出的水分子呈无序态，熵值回升，焓变值减少，从而降低系统能量。
这种非极性的烃基链因能量效应和熵效应等热力学作用是疏水基团在水中的相互结合作用成为疏水键。蛋白质分子中许多氨基酸的疏水侧链有形成疏水键的倾向，由于疏水效应，这些疏水残基常被水驱入蛋白质分子内总聚集成簇，带动肽链盘曲折叠，对蛋白质三、四级结构的形成和稳定起重要作用。
维持蛋白质四级结构的稳定键是次级键,如氢键、盐键、疏水键、范德华力等。
