生物体系内部分水的异常状态具有重要作用.X射线晶体衍射所使用的蛋白质、核酸等大分子单晶,含有25～50％,甚至更多的水分.有些水分子是定位有序的,没有它们的存在就无所谓大分子晶体,也无从取得任何有关其空间结构的信息.胶原蛋白单螺旋之间的水桥是维持三股螺旋结构的必要条件.球状蛋白的热稳定性,变性熔与其含水量密切相关.而一定水含量,也是形成脂膜双层结构所必需的.水的存在对维持生物大分子及膜的三维空间结构的稳定是绝对必要的.大分子的构象运动、构象转变与完成其功能密切相关.氢-氘及氢-氚交换的动力学研究证明：许多蛋白质分子的构象动态变化与水分子的介入程度有关.某些蛋白质的二级、三级结构还因水含量不同而异.每一个残基增减一个或几个键合水分子数的微小变化会引起聚赖氨酸及聚谷氨酸等同族多肽的构象发生α→β→γ间的转变.核酸双股螺旋的形成,必须有水分子的参与.易破坏空间结构的磷酸根间的静电斥力,为水分子的高介电常数及水合反离子所减弱；而碱基对的有序结构的形成,部分是由于疏水作用的结果.水含量的改变引起 DNA多种构象A、B、C间转变的事实,说明水有决定核酸构象的重要作用.如图为两种不同构象的DNA中水分子的空间位置.高含水量下,在 B－DNA中,水分子集中在浅沟 A／T间,形成水脊.而在低含水量下形成的A－DNA中,水分子在深沟部分形成一条水丝,把磷酸根连结在一起.水含量的增减,可以使B和A两种形式间发生可逆的转变.结合水在生物大分子完成其功能中亦具有重要作用.完全干燥的溶菌酶不具有酶的活力,但含水量达到0.2克每克蛋白质即相当于溶菌酶的结合水量时,其活力方始出现.菌紫质光化学反应中间产物M的产生和消失的动力学受其含水量的影响.有机体整体水平的代谢亦受制于其含结合水量.盐水虾卵的代谢实验表明,依其含水量的多寡,可分为无代谢、限制性代谢及正常代谢3个阶段.此外细胞分裂过程中染色质构象的改变、细胞骨架的组织与聚合、肌肉收缩、神经传导等生理过程,均伴随着水状态的改变.生物体内水状态与其功能的密切关系,还表现在病理条件下所观察到的现象.如癌组织中自由水含量相对增大,结合水含量相对减少,水的质子具有较长的弛豫时间.肌肉营养不良及萎缩、僵化过程伴随着水的运动自由度的增大,一旦细胞死亡,结合水就分离出来.