Οι πρωτεΐνες είναι αλυσίδες αμινοξέων. Υπάρχουν 20 τυπικά αμινοξέα που χρησιμοποιούν τα κύτταρα για την κατασκευή πρωτεϊνών. Κάθε ένα έχει έναν κεντρικό άνθρακα, που ονομάζεται άλφα άνθρακας, συνδεδεμένο με μια αμινομάδα, μια καρβοξυλική ομάδα, ένα άτομο υδρογόνου και μια πλευρική αλυσίδα που ονομάζεται ομάδα R. Η ομάδα R είναι αυτή που κάνει κάθε αμινοξύ διαφορετικό. Μπορεί να είναι τόσο απλό όσο ένα άτομο υδρογόνου, όπως στη γλυκίνη, ή τόσο σύνθετο όσο ένας δακτύλιος ινδόλης, όπως στην τρυπτοφάνη.

Τα αμινοξέα συνδέονται μεταξύ τους μέσω πεπτιδικών δεσμών. Η καρβοξυλική ομάδα ενός αμινοξέος αντιδρά με την αμινομάδα ενός άλλου, απελευθερώνοντας νερό και σχηματίζοντας έναν δεσμό. Η προκύπτουσα αλυσίδα είναι ένα πολυπεπτίδιο. Η αλληλουχία των αμινοξέων καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο η πρωτεΐνη διπλώνεται και το σχήμα της διπλωμένης πρωτεΐνης καθορίζει τη λειτουργία της. Ένα μόνο λάθος αμινοξύ μπορεί να προκαλέσει ασθένεια. Η δρεπανοκυτταρική αναιμία προκύπτει από μία μόνο αντικατάσταση του γλουταμινικού οξέος με βαλίνη στην αιμοσφαιρίνη.

Εννέα από τα 20 τυπικά αμινοξέα είναι απαραίτητα, που σημαίνει ότι οι άνθρωποι δεν μπορούν να τα συνθέσουν και πρέπει να τα λάβουν από τις τροφές. Τα άλλα είναι μη απαραίτητα, που σημαίνει ότι το σώμα μπορεί να τα συνθέσει. Οι πλήρεις πρωτεΐνες, που βρίσκονται στο κρέας, τα αυγά και τα γαλακτοκομικά προϊόντα, περιέχουν και τα εννέα απαραίτητα αμινοξέα. Οι φυτικές πρωτεΐνες συχνά δεν έχουν ένα ή περισσότερα, γι' αυτό και ο συνδυασμός τροφών όπως το ρύζι και τα φασόλια παρέχει ένα πλήρες προφίλ πρωτεϊνών.

Τα αμινοξέα χρησιμοποιούνται επίσης ως συμπληρώματα, ενισχυτικά γεύσης και πρόδρομες ουσίες νευροδιαβιβαστών. Το γλουταμινικό οξύ είναι ένας διεγερτικός νευροδιαβιβαστής και η πηγή της γεύσης ουμάμι. Η τρυπτοφάνη είναι ένας πρόδρομος ουσίας της σεροτονίνης. Η γλυκίνη είναι ένας ηρεμιστικός νευροδιαβιβαστής.