高能化合物指体内氧化分解中，一些化合物通过能量转移得到了部分能量，把这类储存了较高能量的化合物，如三磷酸腺苷（ATP）生物界直接的供能物质。

一些磷酸化合物在水解时释放大量能量（图1、表1），称为高能磷酸键，这主要见于磷酸酐键（一些多磷酸核苷类化合物，如ATP、ADP）、混合酐键（由磷酸与羧酸脱水后形成的酐键，如1,3-二磷酸甘油酸）、烯醇磷酸键（如磷酸烯醇式丙酮酸）、磷酸胍键（如磷酸肌酸）等。

磷酸化合物中的磷酸基团一般由氧原子以酐键或酯键形式相连接，只有形成共轭的酐键才是高能磷酸键，而酯键则不是高能磷酸键，譬如水解磷酸烯醇式丙酮酸中的磷酸键释放的能量是水解6—磷酸—葡萄糖中磷酸键释放能量的4倍！ATP的磷酸酐键虽不是最高效，但它确实生物体内最通常的能量流通货币，其重要性无与伦比。

ATP是生物细胞中最重要的高能磷酸脂类化合物。除了ATP外，生物细胞中还存在多种其他的高能化合物。这些化合物在复杂的细胞活动中，作为ATP的补充，也起着自由能供体的重要作用。一般将水解时能释放25 kJ/mol 以上自由能的键视为高能键，用符号“~”表示，含有高能键的化合物称为高能化合物。

表1 一些主要磷酸酯和磷酸酐水解所释放的自由能

（引自马迪根等2001）

用于DNA或RNA合成的所有核苷酸（脱氧核苷酸）—ATP（dATP）、GTP（dGTP）、CTP（dCTP）和UTP（dTTP）都是通过高能磷酸键的断裂释放出能量以推动核酸的合成，图2显示了一个鸟苷酸被加到RNA链上去的情形，当一个鸟苷酸被添加到正在延长的RNA链上时，它的两个磷酸基团将脱落，释放的能量将会生成一个磷酸二酯键把剩下的磷酸基团和RNA链连接起来。DNA的情况也是如此，只不过是脱氧核苷酸，此外，DNA的新生链只能从5'端→3'端进行延长，也就是说，能量是由自由的核苷酸提供。