Proteiny jsou řetězce aminokyselin. Existuje 20 standardních aminokyselin, které buňky používají k tvorbě proteinů. Každá z nich má centrální uhlík, nazývaný alfa uhlík, vázaný na aminoskupinu, karboxylovou skupinu, atom vodíku a postranní řetězec nazývaný skupina R. Skupina R je to, co odlišuje každou aminokyselinu. Může být jednoduchá jako atom vodíku, jako v glycinu, nebo složitá jako indolový kruh, jako v tryptofanu.

Aminokyseliny se vzájemně propojují peptidovými vazbami. Karboxylová skupina jedné aminokyseliny reaguje s aminoskupinou jiné, uvolňuje vodu a vytváří vazbu. Výsledný řetězec je polypeptid. Sekvence aminokyselin určuje, jak se protein skládá, a složený tvar určuje jeho funkci. Jediná nesprávná aminokyselina může způsobit onemocnění. Srpkovitá anémie je důsledkem jediné substituce valinu za kyselinu glutamovou v hemoglobinu.

Devět z 20 standardních aminokyselin je esenciálních, což znamená, že si je lidé nemohou vyrobit a musí je získávat z potravy. Ostatní jsou neesenciální, což znamená, že si je tělo dokáže syntetizovat. Kompletní bílkoviny, které se nacházejí v mase, vejcích a mléčných výrobcích, obsahují všech devět esenciálních aminokyselin. Rostlinným bílkovinám často jedna nebo více chybí, a proto kombinace potravin, jako je rýže a fazole, poskytuje kompletní proteinový profil.

Aminokyseliny se také používají jako doplňky stravy, zesilovače chuti a prekurzory neurotransmiterů. Glutamát je excitační neurotransmiter a zdroj chuti umami. Tryptofan je prekurzorem serotoninu. Glycin je uklidňující neurotransmiter.