Las proteínas son cadenas de aminoácidos. Existen 20 aminoácidos estándar que las células utilizan para construir proteínas. Cada uno tiene un átomo de carbono central, llamado carbono alfa, unido a un grupo amino, un grupo carboxilo, un átomo de hidrógeno y una cadena lateral llamada grupo R. El grupo R es lo que hace que cada aminoácido sea diferente. Puede ser tan simple como un átomo de hidrógeno, como en la glicina, o tan complejo como un anillo de indol, como en el triptófano.

Los aminoácidos se unen mediante enlaces peptídicos. El grupo carboxilo de un aminoácido reacciona con el grupo amino de otro, liberando agua y formando un enlace. La cadena resultante es un polipéptido. La secuencia de aminoácidos determina cómo se pliega la proteína, y esta forma plegada determina su función. Un solo aminoácido incorrecto puede causar una enfermedad. La anemia falciforme se produce por la sustitución de ácido glutámico por valina en la hemoglobina.

Nueve de los 20 aminoácidos estándar son esenciales, lo que significa que el cuerpo humano no puede producirlos y debe obtenerlos de los alimentos. Los demás no son esenciales, lo que significa que el cuerpo puede sintetizarlos. Las proteínas completas, presentes en la carne, los huevos y los lácteos, contienen los nueve aminoácidos esenciales. Las proteínas vegetales suelen carecer de uno o más, por lo que combinar alimentos como el arroz y las legumbres proporciona un perfil proteico completo.

Los aminoácidos también se utilizan como suplementos, potenciadores del sabor y precursores de neurotransmisores. El glutamato es un neurotransmisor excitador y responsable del sabor umami. El triptófano es un precursor de la serotonina. La glicina es un neurotransmisor calmante.