חלבונים הם פולימרים של שאריות חומצות אמינו. הם רב-תכליתיים ואחראים על תפקודים תאיים שונים, כולל שכפול DNA, הובלה מולקולרית, קטליזה ותמיכה מבנית. לחלבונים יש מבנה היררכי הכולל לפחות שלוש רמות ארגון: מבנה ראשוני, משני ושלישוני. לחלק מהחלבונים הגדולים יש מבנה רבעוני שבו תת-יחידות חלבונים בודדות מקושרות זו לזו.

המבנה העיקרי של חלבון הוא רצף חומצות האמינו שלו. חומצות אמינו מקושרות באמצעות קשרים פפטידים ליצירת שרשרת פוליפפטיד בעלת שני קצוות: מסוף האמינו (N-terminus) ומסוף קרבוקסיל (C-terminus). רצף חומצות האמינו קובע את הצורה המקופלת הסופית של החלבון. עשרים חומצות אמינו שונות מסודרות ברצפים שונים ליצירת מגוון פוליפפטידים.

המבנה המשני מתייחס לאזורים מקופלים מקומית של שרשראות חומצות אמינו המיוצבים על ידי קשרי מימן. ישנם שני סוגים של מבנים משניים: סלילי אלפא וגיליונות קפלים בטא. אלמנטים מבניים משניים אלה מחוברים באמצעות לולאות פשוטות.

ככל שהמבנים המשניים מתאספים עוד יותר, נוצרת הצורה המקופלת הסופית של החלבון. מבנה תלת ממדי או שלישוני כזה של חלבון מיוצב על ידי אינטראקציות בין שרשראות צד של חומצות אמינו. קשרי מימן, כוחות אלקטרוסטטיים, קשרים דיסולפידים וכוחות ונדר ואלס מייצבים את הצורה המקופלת, שהיא לעתים קרובות המצב הטבעי או התפקודי של החלבון.

כאשר שתי שרשראות פוליפפטיד מקופלות או יותר הנקראות תת-יחידות חלבוניות יוצרות קומפלקס, נוצר מבנה חלבוני רבעוני.