La plupart des protéines ne fonctionnent pas comme des chaines de polypeptides entièrement étendues, mais s'assemblent en complexes multicomposants compacts. Lors de l'assemblage, le complexe en pleine croissance doit distinguer ses composants spécifiques d'un mélange de centaines d'espèces protéiques et non-protéiques différentes présentes dans la cellule. Les complexes protéiques peuvent être soit homomériques, composés de plusieurs copies de la même chaîne polypeptidique, ou hétéromériques, composés de plusieurs chaînes polypeptidiques distinctes ou de composants non protéiques.

Habituellement, les protéines ont toutes les informations nécessaires pour s'assembler en complexes fonctionnels grâce à leurs composants, avec rapidité et précision. De nombreux virus peuvent s'auto-assembler pour former une unité fonctionnelle en utilisant la cellule hôte infectée pour produire l'ensemble des composants nécessaires. Par exemple, dans le virus de la mosaïque du tabac, les sous-unités de la protéine de la capside s'auto-assemblent in vitro, dans des anneaux individuels.

Une molécule d'ARN se lie au centre de l'hélice naissante pour activer le virus. Cependant, dans certains complexes protéiques, l'auto-assemblage n'est dû qu'à une mutation ou une maladie. L'hémoglobine, la protéine porteuse d'oxygène trouvée dans les globules rouges, est un tétramère de deux sous-unités alpha et de deux sous-unités bêta similaires.

Cependant, dans l'anémie falciforme, l'hémoglobine mutante possède une plaque hydrophobe qui augmente l'affinité entre les tétramères d'hémoglobine, les entraînant à s'agréger dans un assemblage anormal de fibres d'hémoglobine. Ces fibres modifient les cellules sanguines d'une forme sphéroïde à une forme de croissant, obstruant ainsi les vaisseaux sanguins. Bien que de nombreuses protéines s'auto-assemblent sans aide externe, les facteurs d'assemblage comme les chaperons moléculaires aident les composants protéiques à s'assembler en un complexe stable et fonctionnel.

Le protéasome 26S, machine moléculaire qui aide à réguer la dégradation des protéines, se compose de deux sous-complexes distincts-un cœur catalytique en forme de baril, le 20S et deux complexes régulateurs, 19S. Chaque sous-complexe est, en outre composé de plusieurs sous-unités de protéines. Plusieurs chaperons dédiés au protéasome intégrent ces sous-unités dans leurs sous-complexes respectifs.

Enfin, les chaperons assemblent les sous-complexes dans le complexe protéasome complet.