Il legame fosfodiesterico (o fosfodiestereo) è un tipo di legame covalente in cui un atomo di fosforo è collegato a due altre molecole tramite due legami esterei. Questo legame svolge un ruolo essenziale nel determinare la struttura degli acidi nucleici come il DNA e l'RNA: in particolare il legame fosfodiesterico collega l'atomo di carbonio in posizione 3' dello zucchero di un nucleotide con il carbonio in 5' del nucleotide precedente. Il gruppo fosfato che è parte di questo legame sarà molto carico negativamente: avendo un pKa prossimo allo zero il gruppo avrà circa due cariche negative a pH 7 (il pH fisiologico). Grazie a questi gruppi, lo scheletro del DNA è ricco di cariche negative e potrà avere interazioni elettrostatiche con proteine (istoni, DNA polimerasi...), metalli (zinco, magnesio...) e molecole inorganiche (poliammine) carichi positivamente. Queste interazioni sono alla base di importanti processi biologici quali la replicazione, la condensazione del DNA ecc.