缆索的几何形状由力的平衡条件决定，单独悬索即为悬链线，加上加劲梁后主缆线形介于悬链线和抛物线之间。从缆索垂下的吊杆将桥面吊住，在桥面处常设置加劲梁，与缆索一起形成组合体系以减小活载挠曲变形。现代悬索桥是由发源于中国的古代索桥演变而来，主要适用于大跨度及特大跨度桥梁，是跨越能力最大的桥型。

1883年，美国建成主跨为487米的布鲁克林桥，由J.A.罗布林设计，是早期的悬索桥，采用从塔顶辐射至加劲梁的许多斜缆以提高抗风稳定性，树立了从结构上抗御风害的榜样。1909年，由L.莫伊赛夫基于弹性理论设计建成的主跨为448米的曼哈顿桥，标志着长跨悬索桥在静力分析上的成熟。1931年，由O.H.安曼设计的跨越哈得孙河的乔治·华盛顿桥，以单层桥面8车道通车，主跨为1066.8米，按双车道设计。在其以8车道通车的30年内，它的加劲桁架尚未建造，以“柔式”悬索桥的姿态成功地抵抗了风力的袭击。后因交通量增长，在1962年按原计划将加劲梁及下层桥面建成。1937年建成的金门桥主跨达1280.2米，该桥在风力作用下的振幅已引起注意。1940年由莫伊赛夫设计建成的塔科马海峡桥，主跨为853.4米，在建成仅3个月后因风致振动，最终倒塌，这就是塔科马大桥风毁事故。该事件使大跨结构的抗风性能受到关注，引发了对桥梁抗风方向的研究（见桥梁结构抗风）。

英国塞文河桥于1966年建成，主跨987.55米，首次采用扁平钢箱梁代替桁架梁，具有更好的空气动力稳定性，且梁高低、自重小，成为后期悬索桥的发展主流。1998年建成的日本明石海峡大桥主跨为1991米，边主跨比0.51，钢桥塔高297米，采用桁架加劲梁，是当时世界上最大跨度的悬索桥。1998年建成的丹麦大海带桥主跨为1624米，边主跨比0.33，混凝土桥塔高254米，采用箱梁加劲梁。

中国是古代悬索桥的发源地，公元前300年就有建造索桥的历史记载，1705年建成的四川大渡河泸定桥，是人类历史上第一座突破百米的桥梁。中国现代悬索桥建设起步较晚，20世纪30年代起，中国开始采用钢丝绳缆修建悬索桥，1940年建成的滇缅公路昌淦澜沧江桥的主跨为135米，用轻型钢桁架做加劲梁。1948年在云南建成继成桥，为跨度140米的柔式悬索桥。中华人民共和国成立后，1951年在四川泸定建成大渡河新桥，跨度为130米。其后30多年曾建成一批悬索桥，如在四川渡口市（今攀枝花市）建成跨度为172米和185米的悬索桥各一座，1969年在重庆建成了主跨为186米的朝阳桥。1985年在西藏建成的达孜拉萨河桥跨度达415米，是第一座跨度突破400米的悬索桥。1997年在广东建成了主跨888米的虎门大桥，同样，连接香港市区和新机场之间的青马大桥主跨1377米，建成时是世界上最大的公铁两用悬索桥。1999年建成的江阴长江大桥为1385米的单跨简支钢箱梁悬索桥。2005年建成的润扬长江大桥是中国第一座由悬索桥和斜拉桥构成的组合型特大桥梁，南汊主桥为主跨径长1490米的单孔双铰钢梁悬索桥。西堠门大桥主桥为两跨吊连续钢箱梁悬索桥，主跨1650米，仅次于日本明石海峡大桥，但却是跨度最大的钢箱梁悬索桥，为了解决抗风稳定性，世界上首次采用了分体钢箱加劲梁，该桥于2009年12月25日建成通车。

悬索桥的主要组成部分有主缆、桥塔、锚碇和加劲梁等。

结构体系中的主要承重构件，属几何可变体，承受拉力。主缆在恒载作用下具有很大的初始张拉力，为后续结构提供很大的几何刚度，不仅可以通过自身弹性变形，而且可以通过几何形状的改变影响体系平衡，表现出大位移非线性的力学特性。主缆分担活载的大小与重力刚度有关。悬索桥跨径越大，主缆的重力刚度越明显，分担的活载比例越大。

过去曾用竹索、铁索、调质钢眼杆，现在主要使用冷拔碳素钢丝制成下列3种形式：①平行丝大缆，常用J.A.罗布林所发明的“空中纺丝法”就地制造，现今跨度750米以上的桥都使用此法，如采用该构造的美国布鲁克林桥建于1883年，其缆索至今完好。②由钢丝绳组成的钢丝绳缆，该绳缆的施工速度较快，但其弹性模量较低，只适用于跨径较小的桥。③由平行钢丝绳股组成的大缆，丝股可在工厂预制，保持了平行丝大缆的优点，并在施工上有所改进。

桥塔是压弯构件。在竖向，桥塔承担以恒载为主的主缆竖向分力（压力）。在纵桥向，成桥时，恒载引起的主缆水平力在桥塔两侧基本平衡，不对称桥塔产生弯矩；使用阶段，活载使塔两侧产生不平衡拉力，塔顶会发生纵向位移，桥塔两侧主缆水平力达到新的平衡。

以往曾用石塔，今则用钢塔或钢筋混凝土塔。20世纪60年代美国仍采用铆接多室钢箱形截面，英国则开始采用栓焊结构，并将箱形截面从多室改为单室以节约钢材。因缆索在塔顶有一转角，其支承处需设鞍式结构（称为索鞍）。在荷载作用下，索鞍因两侧缆索伸长量不等而发生纵向线变位。由于将底端固定于桥墩的钢塔能在塔顶发生相应的弹性变位，故索鞍可以固结于塔顶；对于不能发生较大弹性变位的刚性塔，其索鞍下需设辊轴，使之像梁式桥活动支座那样活动。

缆索的拉力通过灌注在混凝土中的钢质构件传递给混凝土和地基。当地基为坚实岩层时，只需顺缆索方向凿一隧道（坑洞），将固定缆索的钢质构件置于其中，再用混凝土将隧道填实即成，这种锚碇称为隧道式锚碇。当地基没有岩层可利用时，则需灌筑巨型混凝土块，凭重量及相应的摩阻力来抵抗拉力，这种锚碇称重力式锚碇。

加劲梁既是提供交通通行的桥面，也是参与受力的主梁，而且由于主缆本身的几何可变性，还必须提供一定的刚度，所以称为加劲梁。加劲梁的主要形式有钢板梁、钢桁梁、钢箱梁、混凝土箱梁等，主要承受弯矩作用，必须提供足够的刚度。

悬索桥主要按主缆约束、加劲梁支承方式、桥塔数量等方式进行划分。

有地锚式悬索桥和自锚式悬索桥。地锚式悬索桥将主缆锚固在地上，往往对地质条件有较高的要求，造价较高。自锚式悬索桥不设地锚，而是以加劲梁梁端锚固主缆承受主缆端部的水平与竖向分力。它与常规地锚式悬索桥的区别在于不设地锚、加劲梁承受主缆水平分力而造成主梁存在较大的轴向压力。自锚式悬索桥取消了造价昂贵的地锚，但是在施工阶段，由于梁和缆的共同作用，无法采用地锚式悬索桥先架缆后挂梁的施工方法，而需要搭建大量临时支架安装加劲梁而后再架设主缆，施工费用较高。自锚式悬索桥结构体系没有重力刚度，主梁内有很大的轴向力，因此跨越能力较地锚式悬索桥有较大的差距。

有单跨简支悬索桥、三跨简支悬索桥和三跨连续悬索桥。三跨简支的体系刚度最小，随着边中跨比逐渐增大，三跨连续体系的刚度逐渐小于单跨简支体系。三跨连续体系加劲梁在桥塔处的转角较小，具有比较平顺的线形，但是由于加劲梁是连续的，会在桥塔支承处产生很大的负弯矩。为了减小这个负弯矩值，可以取消塔梁处的竖向支承，以弹性吊索代替，或者在竖向设置一个合适的弹性支承。

除了上述体系外，还有两跨悬索桥，无吊杆支承的边跨约束较强，有吊杆支承的边跨约束较弱，其力学性能介于三跨体系和单跨体系之间。

有独塔悬索桥、双塔悬索桥和多塔体悬索桥。独塔悬索桥的出现主要应景观的需求，与同样跨径和荷载作用下的双塔悬索桥相比，独塔体系主缆水平力远大于双塔体系；由于主缆倾角的减小，使独塔体系主缆的支撑效率远低于双塔体系，其结构刚度也小于双塔体系，因此独塔悬索桥适用于小跨径悬索桥。在建设跨海工程时，有时需要建造多塔悬索桥。多塔悬索桥主要分为共锚式悬索桥、连续多跨悬索桥和双缆连续多跨悬索桥。①共锚式悬索桥，每一单体仍是传统三跨悬索体系，受力性能没有变化。②连续多跨悬索桥，由于中间跨没有锚碇，因此竖向刚度远小于三跨悬索桥，可通过减小主缆垂跨比、提高桥塔刚度、在主缆中央扣处增添锚索等方式减小结构竖向挠度。③双缆体系的挠度比多跨单缆体系小很多，这主要是因为双缆体系在加载后，邻跨各自主缆之间会产生内力重分配，顶缆缆力增大，底缆缆力减小，邻跨顶、底缆除了自身的抗力外，还产生了一个背向加载跨的附加水平力。截至2019年12月，全球已经建成跨度前10位的悬索桥有5座在中国，其余5座分别在日本、丹麦、土耳其、韩国和英国（见表）。