磷酸二酯键在实质上是一个磷酸与相邻的两个五碳糖（核糖或脱氧核糖）的羟基（-OH）通过酯化反应形成的两个磷酸酯键而构成的连接键。其中一个磷酸酯键就存在于核苷酸中，核糖或脱氧核糖的第一个碳原子与含氮碱基相连形成的化合物就是核苷(核糖核苷或脱氧核糖核苷)。高中生物教材中提到的能催化形成磷酸二酯键的酶主要有DNA聚合酶、DNA连接酶、逆转录酶和RNA聚合酶。
DNA聚合酶的作用是在DNA复制过程中，以亲代DNA的两条链为模板，催化DNA的单体即脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键而聚合为子代DNA。
DNA连接酶的作用是在基因工程中把被限制酶断开而得到的DNA片段之间通过重新形成磷酸二酯键而得到重组DNA分子。
逆转录酶作用是某些RNA病毒在宿主细胞内的增殖过程中，以其自身的RNA为模板，催化脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键而合成DNA。
RNA聚合酶的作用是在DNA转录形成RNA过程中，RNA聚合酶能够识别并结合于DNA模板链上的RNA聚合酶结合位点（即启动子），然后以DNA模板链为模板催化RNA的单体即核糖核苷酸之间形成磷酸二酯键而聚合为RNA。
