प्रोटीन कोशिका के सभी कार्यों को पूरा करते हैं। ये अभिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं, अणुओं का परिवहन करते हैं, संरचना प्रदान करते हैं, संकेत संप्रेषित करते हैं और संक्रमण से बचाव करते हैं। ये अमीनो अम्लों से बने बड़े अणु होते हैं जो एक श्रृंखला में जुड़े होते हैं। अमीनो अम्लों का क्रम यह निर्धारित करता है कि श्रृंखला कैसे मुड़ेगी, और मुड़ी हुई आकृति ही उसके कार्य को निर्धारित करती है। मानव जीनोम में लगभग 20,000 प्रोटीन-कोडिंग जीन होते हैं, लेकिन वैकल्पिक स्प्लिसिंग और पोस्ट-ट्रांसलेशनल संशोधनों के कारण प्रोटीनों की संख्या इससे कहीं अधिक होती है।

प्रोटीन की संरचना के चार स्तर होते हैं। प्राथमिक संरचना अमीनो अम्ल अनुक्रम है। द्वितीयक संरचना अल्फा हेलिक्स और बीटा शीट में स्थानीय तह है। तृतीयक संरचना एक एकल पॉलीपेप्टाइड का समग्र त्रि-आयामी आकार है। चतुर्धातुक संरचना कई पॉलीपेप्टाइडों की एक जटिल संरचना में व्यवस्था है। यह आकार हाइड्रोजन बंधों, डाइसल्फाइड सेतुओं, हाइड्रोफोबिक अंतःक्रियाओं और आयनिक बंधों द्वारा स्थिर होता है।

प्रोटीनों का अध्ययन प्रोटिओमिक्स में किया जाता है, जो प्रोटीन अभिव्यक्ति, संशोधन और अंतःक्रिया का व्यापक विश्लेषण है। इनका औद्योगिक उत्पादन चिकित्सीय उपयोग के लिए किया जाता है, जैसे इंसुलिन और मोनोक्लोनल एंटीबॉडी। इनकी स्थिरता और सक्रियता को बेहतर बनाने के लिए इन्हें इंजीनियर किया जाता है। ये उन दवाओं द्वारा लक्षित होते हैं जो इनके कार्य को अवरुद्ध या बढ़ाती हैं।

प्रोटीन की गलत तह बनने से अल्जाइमर, पार्किंसंस और सिस्टिक फाइब्रोसिस जैसी बीमारियां होती हैं। प्रोटीन कैसे तह बनते हैं और कैसे काम करते हैं, इसे समझना जीव विज्ञान की सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक है।