疏水相互作用是通过疏水物的疏水基与水相互排斥作用而发生的，疏水基一般是非极性基。这种作用使疏水基相互靠拢，同时使水相互集中并更大程度地结构化。

笼状水合物:通过疏水相互作用形成的一种像干冰那样的包合物，"主人"物质即水通过氢键形成一个像笼子那样的结构，将一种"客人"物质即小疏水分子以物理方式截留。笼状水合物代表水对一种非极性物质最大的结构形成响应，类似的微结构也天然得存在于生物物质中。

疏水相互作用对大多数蛋白质的结构和性质非常关键。疏水相互作用为蛋白质的折叠提供了主要的推动力，使疏水残基处在蛋白质分子的内部。有趣的是，尽管蛋白质因疏水相互作用而使大部分疏水基相互聚集，仍有约1/3的疏水基暴露在水中，于是水在疏水面上的特殊结构存在于蛋白质的水化结构中。降低温度使疏水相互作用变弱而氢键变强。

疏水相互作用的作用长度可以达到大约100纳米，然而其他的分子作用力最多只有5纳米左右。然而关于疏水相互作用如此长的作用距离方面的研究，至今科学家们仍然没有得出令人满意的结论。