蛋白質的二級結構是指多肽鏈骨架盤繞摺疊所形成的有規律性的結構。最基本的二級結構型別有α-螺旋結構和β-摺疊結構，此外還有β-轉角和自由迴轉。右手α-螺旋結構是在纖維蛋白和球蛋白中發現的最常見的二級結構,每圈螺旋含有3.6個氨基酸殘基，螺距為0.54nm,螺旋中的每個肽鍵均參與氫鍵的形成以維持螺旋的穩定。β-摺疊結構也是一種常見的二級結構，在此結構中，多肽鏈以較伸展的曲折形式存在，肽鏈（或肽段）的排列可以有平行和反平行兩種方式。氨基酸之間的軸心距為0.35nm,相鄰肽鏈之間藉助氫鍵彼此連成片層結構。 蛋白質的二級結構的維持穩定確實是氫鍵在作用的，這是因為在無論如何的情況下，蛋白質內的氫原子都是在電子雲極其稀薄的情況下的，所以其他電負性強的原子就會結合他，這就和水裡面的氫鍵一樣，水的氫鍵是一個水分子的氧原子和兩個其他水分子的氫原子產生氫鍵，而自身的氫原子又參與了其他水分子的結合產生氫鍵一樣。而考慮到分子的立體結構，氫原子只有在其結合其它原子的另一個方向上才可以和其他原子產生氫鍵的，而這個方向可以有廣泛的結合範圍，並且氫鍵並不是讓氫原子的電子雲得到充實得很多，所以一個氫原子完全可以產生這樣的結構。這是第一個原因。

第二個原因是：並不是所有的氫原子在一級結構中就產生了氫鍵，還有好多的氫原子（當然也有氧原子和其他電負性很強的原子）沒有產生氫鍵，最明顯的就是賴氨酸和酪氨酸的結構了，因為他們結構的特殊性，所以造成了他們附近的相連氨基酸的結構不能和其他的相關原子產生氫鍵，所以這樣很容易有其他“遺漏”的潛在氫鍵產生。