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离子键（Ionicbonding）
当电负性小的活泼金属原子与电负性大的活泼非金属原子相遇时，由于两个原子的电负性相差较大，因此它们之间容易发生电子的转移，形成正､负离子，本质上可归结为静电吸引作用。
离子键属于化学键，大多数的盐，由碱金属或碱土金属形成的键，活泼金属氧化物都有离子键，含有离子键的化合物称为离子化合物｡离子键键能最强，无饱和性、方向性，离子晶体因此具备熔点高，强度大，不导电的特性。
共价键（Covalentbonding）
共价键是两个或多个原子之间的价电子共享形成的键。电负性相同或相近的非金属元素之间倾向以共价键结合。共价键有饱和性、有方向性。
范德华键（VanDerwaalsbonding）
由瞬间偶极矩和诱导偶极矩产生的分子间引力所构成的物理键，属分子间作用力，存在于分子间或分子内非键合原子间的相互作用力，本质上也属于一种电性引力，键能最弱，无方向性与饱和性｡
氢键（Hydrogenbonding）
氢键靠偶极结合，氢原子与电负性大的原子X以共价键结合，若与电负性大、半径小的原子Y（如OFN等）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H…Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用，称为氢键。X与Y可以是同一种类分子，如水分子之间的氢键；也可以是不同种类分子，如一水合氨分子（NH3·H2O）之间的氢键。需要注意的是，H易于N、O、F等电负性大的原子结合成氢键，而不容易与S、Cl这种电负性小的形成氢键。氢键有方向性与饱和性，键能较弱。
混合键（Mixedbonding）
实际材料中单一结合键的情况并不是很多，大部分材料的内部原子结合键往往是各种键的混合。具体有离子共价混合键（Ionic-CovalentMixedbonding）、金属共价混合键（Metallic-CovalentMixedBonding）、金属离子混合键（Metallic-IonicMixedBonding）等几类。
生物/有机材料主要由碳、氢、氧、氮等元素构成，是主要基于共价键形成复杂的有机分子，如蛋白质、脂类和多糖。而碳原子能够形成多重键合，构造出复杂的三维网络，因而使生物体具有多样性与适应性。
虽然共价键的键能最强，但有机分子之间的结合却是通过键能相对较弱的物理键以及静电结合力与疏水作用力（熵力）完成。这可以近似理解为各种有机分子在多种作用力的影响下聚集交联在一起形成复杂结构，其结构相对松散，存在大量缺陷。由于这种基础组成形式上的缺陷，生物/有机材料的抗压、抗拉能力远远不及金属/无机材料。
这也是为什么结合金属原子的化学键是键能相对较弱的金属键，但金属材料结构强度依然不输生物/有机材料的缘故。而且金属/无机材料在理论上可以实现无位错完美单晶，其理论极限强度远高于生物/有机材料。
（化学键所构成的没有任何缺陷的理想单晶的极限值，强度极限384GPa，比强度极限130MPa（kg/m^3）杨氏模量3070GPa）
即使生物/有机材料同样可以采用减少缺陷的方式提升强度，构造出结构近似完美的材料，其实现难度与消耗的资源量级都将远超金属/无机材料。