高能磷酸键是高能键的一种，指一些磷酸化合物中所具有的一种特殊的化学键，一般将磷酸参与形成的、水解所释放出的自由能在5kcal/mol(1cal=4.18J)以上的化学键，被称为高能磷酸键。具有高能磷酸键的化合物被称为高能磷酸化合物（为高能化合物的一种）。需要注意，高能磷酸键的“高能”并不指代键能。

在生物代谢过程中出现的由磷酸脱水形成的磷酸键，其磷酸基团水解时，释放的自由能有极大的差异。有些自由能的变化为-2000到-3000cal，如3-磷酸甘油、腺核苷酸等；另有一些如焦磷酸、乙酰磷酸、肌酸磷酸、磷酸烯醇式丙酮酸等磷酸化合物，每摩尔分子水解时，自由能的变化为-7000到-12000cal。根据这些实验结果，生物化学上将后一类磷酸键称为高能磷酸键，而具有高能磷酸键的化合物称作高能磷酸化合物；相对地，前者被称为低能磷酸键（以5000cal为界限），不具备高能磷酸键的分子被称为低能磷酸化合物。

根据键型，可以简单地将高能磷酸键分类。

氧磷键型（-O-P-）是由羟基（-OH）和磷酸脱水缩合得到的化学键。主要包括：

1.酰基磷酸键：

通常由羧基和磷酸脱水缩合得到。常见如乙酰磷酸、1,3-二磷酸甘油酸、氨甲酰磷酸等中的高能磷酸键。

2.焦磷酸键：

由磷酸与另一个磷酸分子上的羟基脱水缩合而成。常见如焦磷酸、ADP、ATP等中的高能磷酸键。

3.烯醇磷酸键：

为磷酸与烯醇式化合物脱水缩合得到的化学键。常见如磷酸烯醇式丙酮酸等中的高能磷酸键。

氮磷键型（-N-P-）是由氨基（-NH2）与磷酸脱水缩合得到的化学键。常见的有磷酸肌酸、磷酸精氨酸等中的高能磷酸键。

体内的高能磷酸化合物常常与能量的储存/释放相关。如ATP，作为细胞能量的“通货”，通过水解或基团转移而释放能量。

高能磷酸键常常被误认为有较高的键能。实际上，对多原子分子，键能的定义为键能为“1mol气态分子完全离解成气态原子所吸收的能量分配给结构式中各个共价键的能量”。即，可以简单地将键能理解为键断裂时需要吸收的能量。化学反应实质为旧键断裂和新键生成，一般是断键吸能而成键放能，因此只要所有新键生成释放的总能量大于所有旧键断裂吸收的能量，总体反应便是放出能量的。对于高能磷酸键水解反应放能，很显然是高能磷酸键的断裂吸收能量远远小于新的“常规”或者说“低能”化学键的生成所释放的能量，而这多余的能量便可以释放出来。

实际上，由于上述原理，由高能磷酸键所连接的磷酸基团，常常有自发向其他基团转移（从而生成“常规”化学键）的化学势。因此高能磷酸键概念中的“高能”，指的是自发反应生成其他化合物的势能，而绝非“键能”。这也是生物磷酸化反应易于发生的化学本质。