肽聚糖的化學結構是由N-乙酰葡糖胺（GlcNAc）與N-乙酰胞壁酸交替單元組成的碳水化合物主鏈，其中N-乙酰胞壁酸殘基與肽交聯，形成多層網狀大分子結構。
肽聚糖是細菌細胞壁的關鍵組成成分，具有以下化學結構特點：
雙糖單位：由N-乙酰葡萄糖胺（NAG）和N-乙酰胞壁酸（NAMA）交替連接形成的雜多糖鏈。
四肽尾：與雜多糖鏈相連的是短肽鏈，這些肽鏈通常由四個氨基酸組成，因此被稱為四肽尾。
肽橋：肽聚糖中的肽鏈通過肽橋相互交聯，增強了整個結構的穩固性。
在不同類型的細菌中，肽聚糖的結構可能略有不同。例如，在革蘭氏陽性細菌中，肽聚糖層較厚，可能含有多達40層的肽聚糖，占細胞壁干重的20％左右；而在革蘭氏陰性細菌中，肽聚糖層較薄，約占細胞壁干重的10％。