תחום חלבוני הוא מקטע עצמאי של חלבון המסוגל להתקפל באופן עצמאי לתוך המבנה התלת-ממדי שלו.

ישנן דרכים מוגבלות שבהן תחומים חלבוניים יכולים להתקפל מאחר שסידורים תלת-ממדיים מסוימים של סלילי אלפא, יריעות בטא ולולאות הם נוחים יותר מבחינה אנרגטית מאחרים. ישנם עשרות אלפי חלבונים שונים, אך ישנם פחות מ-1500 תחומים ידועים מכיוון שתחומים דומים מופיעים בחלבונים רבים.

חלבונים עם רצפי חומצות אמינו קצרים יהיו ככל הנראה רק תחום אחד, אך רוב החלבונים מכילים תחומים מרובים עם פונקציות נפרדות.

התחומים המרובים של חלבון פועלים יחד כדי לאפשר לו לבצע את תפקידו, ולעתים קרובות תחום אחד פועל כדי לווסת את תפקודו של תחום אחר. לדוגמה, כאשר ליגנד נקשר לתחום קשירת הליגנד של קולטן - הדבר יכול לגרום לשיפור הפונקציה האנזימטית של התחום הקטליטי.

תחומי החלבונים התפתחו כמודולים שניתן לארגן מחדש כדי ליצור חלבונים חדשים עם פונקציות ייחודיות בתהליך שנקרא דשדוש תחומים. יחידות אלה ישתלבו בכיוונים שונים בהתאם למיקום זנבות N- ו- C טרמינלים של שרשרת חומצות האמינו.

אם מסוף N ומסוף C של התחום נמצאים בסמיכות, החלבון בסופו של דבר יהיה מבנה כדורי קומפקטי, ואילו אם הטרמיני N ו- C נמצאים בקצוות מנוגדים של התחום, המבנה הכולל יהיה בסופו של דבר ליניארי מוארך.

Src הוא חלבון המכיל שלושה תחומי חלבון נפרדים. שניים מהתחומים האלה, הנקראים תחומי ההומולוגיה של Src SH2 ו-SH3, מאפשרים לחלבונים המכילים תחום זה להיקשר לרצפים ספציפיים של שרשראות חומצות אמינו.

כל אחד מהתחומים האלה נשמר על פני חלבונים שונים. תחום SH2 נקשר לטירוזינים זרחניים ונמצא ביותר מ-115 חלבונים שונים. תחום SH3 נקשר לרצפים עשירים בפרולין ונמצא 300 פעמים בגנום האנושי.

תחומי חלבונים אלה ואחרים הם אבני בניין גנטיות ליצירת חלבונים המשלבים פונקציות מרובות בדרכים ייחודיות.