Poiché sono sintetizzati nella cellula, la maggior parte delle proteine non si ripiegano spontaneamente nella loro conformazione nativa, ma richiedono una classe speciale di proteine chiamate chaperones per aiutarle a ripiegarsi. Dei diversi tipi di chaperones molecolari, trovati nei procarioti e negli eucarioti, le due famiglie principali sono le proteine di shock termico Hsp70 e Hsp60. In una proteina correttamente ripiegata, i patches idrofobi sono nascosti all'interno.

In proteine malripiegate, i patches idrofobi sono esposti. Tali patches su diverse molecole proteiche possono legarsi l'uno all'altro portando ad un'aggregazione irreversibile di proteine. I chaperones riconoscono questi patches idrofobi esposti, e prevengono l'aggregazione proteica, facilitando il ripiegamento delle proteine.

Il meccanismo Hsp70 agisce spesso prima che la proteina lasci il ribosoma, con ogni monomero legato all'ATP, riconoscendo il più piccolo tratto di aminoacidi idrofobi sulla superficie proteica. Un insieme di proteine Hsp40 più piccole interagisce con questo complesso e innesca l'idrolisi dell'ATP. Di conseguenza, parti di Hsp70 si uniscono come morse, intrappolando la proteina dispiegata all'interno.

Successivamente, l'ATP lega di nuovo il complesso, inducendo la dissociazione di Hsp70 e rilasciando il polipeptide legato, lasciandogli una possibilità di ripiegare. Se la ripiegatura non avviene abbastanza rapidamente, il polipeptide può legarsi di nuovo, e il processo viene ripetuto fino a quando la proteina viene ripiegata nella sua conformazione nativa. In alternativa, un polipeptide completamente sintetizzato e parzialmente ripiegato può essere consegnato ad una chaperonina.

Le chaperonine sono grandi complessi proteici, a forma di barile che forniscono una camera isolata per la ripiegatura delle proteine, con una metà del barile simmetrico che opera su una proteina alla volta. In E.coli, il sistema di chaperonine è chiamato GroEL/GroES, mentre l'analogo eucariotico è chiamato Hsp60. Una proteina dispiegata viene catturata dalle interazioni idrofobiche alla superficie esposta dell'apertura.

Questo legame iniziale spesso aiuta a distendere una proteina malripiegata, una volta che la proteina è all'interno, il legame di ATP sigilla la camera con un cap. L'interno della camera è rivestito con superfici idrofile, dove la proteina può ripiegarsi in isolamento. L'idrolisi dell'ATP indebolisce il legame del cap, e il legame di ulteriori molecole di ATP, espelle il cap.

La proteina di substrato, che sia ripiegata o no, viene rilasciata dalla camera.