Esta estructura se produce cuando dos (o más, por ejemplo, ψ-loop) segmentos de una cadena polipeptídica se superponen entre sí y forman una fila de enlaces de hidrógeno entre sí. Esto puede ocurrir en una disposición paralela:
O en disposición antiparalela:
La disposición paralela y antiparalela es consecuencia directa de la direccionalidad de la cadena polipeptídica. En la disposición antiparalela, el extremo C-terminal de un segmento está en el mismo lado que el extremo N-terminal del otro segmento. En la disposición paralela, el extremo C-terminal y el extremo N-terminal están en los mismos lados para ambos segmentos. El «pliegue» se produce debido a la alternancia de los planos de los enlaces peptídicos entre los aminoácidos; el grupo amino alineado y el grupo carbonilo de cada segmento opuesto alternan su orientación, pasando de estar orientados el uno hacia el otro a estar orientados en direcciones opuestas.
La disposición paralela es menos estable porque la geometría de las moléculas individuales de aminoácidos obliga a que los enlaces de hidrógeno se produzcan en ángulo, haciéndolos más largos y por tanto más débiles. Por el contrario, en la disposición antiparalela los enlaces de hidrógeno se alinean directamente uno frente al otro, lo que hace que los enlaces sean más fuertes y estables.
Comúnmente, se forma una hoja beta-plegada antiparalela cuando una cadena polipeptídica invierte bruscamente su dirección. Esto puede ocurrir en presencia de dos residuos de prolina consecutivos, que crean un pliegue angular en la cadena polipeptídica y la doblan sobre sí misma. Esto no es necesario para que los segmentos distantes de una cadena polipeptídica formen láminas beta-plegadas, pero para los segmentos proximales es un requisito definitivo. Para distancias cortas, los dos segmentos de una hoja plegada beta están separados por 4+2n residuos de aminoácidos, siendo 4 el número mínimo de residuos.