Proteine sind lebenswichtig als Strukturelemente (z. B. Kollagen), zur Abwehr (als Antikörper) gegen eindringende zerstörerische Kräfte und als wesentliche Biokatalysatoren.

Proteine sind große Moleküle – Makrobiopolymere –, die aus Monomeren hergestellt werden, die als Aminosäuren bezeichnet werden. Eine Aminosäure besteht aus einem Kohlenstoffatom, das an eine Aminogruppe gebunden ist, –NH₂, einer Carboxygruppe, –COOH, einem einfachen Wasserstoffatom und einer Seitenkette, die üblicherweise als –"R" bezeichnet wird. Diese Seitenkette "R" ist für jede Aminosäure unterschiedlich, von denen es 20 Standardsäuren gibt, und diese "R" Gruppe macht jede Aminosäure anders. Aminosäuren können durch eine Peptidbindung verbunden sein. Bei dieser Dehydratisierungssynthese wird ein Wassermolekül entfernt und die Peptidbindung verbindet den Stickstoff der Aminogruppe einer Aminosäure mit dem Kohlenstoff der Carboxygruppe der anderen. Das resultierende Molekül wird als Dipeptid bezeichnet, und kurze Abschnitte von Aminosäuren (normalerweise weniger als 30) werden als Peptide oder Polypeptide bezeichnet. Längere Strecken werden Proteine genannt. (Beispielsweise enthält das wichtige Blutserumprotein Albumin 585 Aminosäurereste.)

Die Struktur von Proteinen kann traditionell als Hierarchie von 4 Ebenen beschrieben werden. Die Primärstruktur eines Proteins besteht aus seiner linearen Sequenz von Aminosäuren. Die Sekundärstruktur befasst sich mit der lokalen Struktur. Einige Kombinationen von Aminosäuren kräuseln sich in einer Spirale, die als α-Helix bezeichnet wird, oder in einer Schicht, die als β-Faltblatt bezeichnet wird (einige α-Helixe sind im Hämoglobinschema zu sehen). Die Tertiärstruktur ist die gesamte dreidimensionale Form des Proteins. Diese Form wird durch die Sequenz der Aminosäuren bestimmt. Tatsächlich kann eine einzelne Änderung die gesamte Struktur verändern.

Schließlich ist die Quartärstruktur die Struktur eines Proteins mit mehreren Peptiduntereinheiten wie Hämoglobin. Nicht alle Proteine haben mehr als eine Untereinheit.