As proteínas de cada organismo, da mais simples das bactérias aos seres humanos, são construídas a partir do mesmo conjunto de 20 subunidades monoméricas denominadas aminoácidos. Todos os 20 tipos de aminoácidos são constituídos por um grupo carbonila e um grupo amino ligados à átomos de carbono. Assim, para gerar uma determinada proteína, os aminoácidos se ligam de modo covalente em uma sequência linear característica.

Proteínas são cadeias peptídicas muito longas de centenas de resíduos de aminoácidos. Algumas proteínas são compostas por várias cadeias polipeptídicas associadas de modo não covalente, chamadas de proteínas simples, as quais produzem, por hidrólise, apenas aminoácidos.

Algumas proteínas contêm componentes químicos permanentemente associados além dos aminoácidos; elas são chamadas de proteínas conjugadas. A parte não aminoácido de uma proteína conjugada é normalmente chamada de grupo prostético. As proteínas conjugadas são classificadas com base na natureza química de seus grupos prostéticos; por exemplo, lipoproteínas contêm lipídios e glicoproteínas contêm grupos de açúcares.

A estrutura das proteínas pode ser descrita em vários níveis de complexidade, arranjada em um tipo de hierarquia conceitual. Assim há três níveis de estrutura proteica. A estrutura primária consiste em uma sequência de aminoácidos unidos por ligações peptídicas e inclui quaisquer pontes dissulfeto. O polipeptídeo resultante pode ser disposto em unidades de estrutura secundária, como em uma hélice a. A hélice é uma parte da estrutura terciária formada por três ou mais polipeptídeos, resultando no enovelamento tridimensional da proteína.