Fosfodiester bağı, DNA ve RNA'daki fosfatların, şekerlerle yaptığı bağa verilen addır. Bu bağ, doğadaki en güçlü kovalent bağlardan biridir. Fosfodiester bağı, ardışık nükleotit şekerlerinden birisinin 5'-hidroksil grubunun, diğerinin 3'-hidroksil grubuna fosfat köprüsü aracılığı ile bağlanmasıyla oluşur.
Sonuç olarak uzun ve düz bir zincir yapısı belirir. DNA'nın ana iskeletini de bu deoksiriboz-fosfat bağı zinciri oluşturur. Bu iskelet boyunca var olan baz dizileri genelde zincirin 5' ucundan 3' ucuna doğru azalır. DNA ve RNA'da yer alan nükleotitlerdeki fosfolipit bağları hidroliz veya enzimler aracılığıyla parçalanabilir. Bu enzimlere nükleaz adı verilir. Aynı şekilde, DNA'daki bağları parçalayan enzime deoksiribonükleaz, RNA'daki fosfodiester bağlarını parçalayan enzime ribonükleaz adı verilmektedir.