磷酸二酯键是一种化学基团，指一分子磷酸与两个醇（羟基）酯化形成的两个酯键。磷酸二酯键成了两个醇之间的桥梁。例如前一个核苷酸的羰基中的3碳上'—OH（羟基）和后一个核苷酸的5'—磷酸基形成酯键，此处的磷酸基同时与前后两个羟基形成酯键，故称磷酸二酯键。依次连下去，形成多核苷酸链，即核酸大分子链。