प्रोटीन अमीनो अम्लों की श्रृंखलाएँ होती हैं। कोशिकाएँ प्रोटीन बनाने के लिए 20 मानक अमीनो अम्लों का उपयोग करती हैं। प्रत्येक में एक केंद्रीय कार्बन होता है, जिसे अल्फा कार्बन कहते हैं, जो एक अमीनो समूह, एक कार्बोक्सिल समूह, एक हाइड्रोजन परमाणु और एक पार्श्व श्रृंखला, जिसे आर समूह कहते हैं, से जुड़ा होता है। आर समूह ही प्रत्येक अमीनो अम्ल को एक दूसरे से भिन्न बनाता है। यह ग्लाइसिन की तरह एक साधारण हाइड्रोजन परमाणु जितना सरल हो सकता है, या ट्रिप्टोफैन की तरह एक इंडोल वलय जितना जटिल हो सकता है।

अमीनो अम्ल पेप्टाइड बंधों के माध्यम से आपस में जुड़ते हैं। एक अमीनो अम्ल का कार्बोक्सिल समूह दूसरे अमीनो अम्ल के अमीनो समूह के साथ अभिक्रिया करता है, जिससे जल मुक्त होता है और एक बंध बनता है। इस प्रकार बनने वाली श्रृंखला को पॉलीपेप्टाइड कहते हैं। अमीनो अम्लों का क्रम प्रोटीन के मुड़ने के तरीके को निर्धारित करता है, और मुड़ा हुआ आकार उसके कार्य को निर्धारित करता है। एक भी गलत अमीनो अम्ल रोग का कारण बन सकता है। सिकल सेल एनीमिया हीमोग्लोबिन में ग्लूटामिक अम्ल के स्थान पर वैलीन के एक ही प्रतिस्थापन के कारण होता है।

बीस मानक अमीनो अम्लों में से नौ आवश्यक हैं, यानी मनुष्य इन्हें स्वयं नहीं बना सकता और इन्हें भोजन से प्राप्त करना आवश्यक है। बाकी नौ गैर-आवश्यक हैं, यानी शरीर इन्हें स्वयं संश्लेषित कर सकता है। मांस, अंडे और दूध उत्पादों में पाए जाने वाले संपूर्ण प्रोटीन में सभी नौ आवश्यक अमीनो अम्ल मौजूद होते हैं। पादप प्रोटीन में अक्सर एक या अधिक अमीनो अम्लों की कमी होती है, यही कारण है कि चावल और दाल जैसे खाद्य पदार्थों को मिलाकर संपूर्ण प्रोटीन प्राप्त किया जा सकता है।

अमीनो अम्लों का उपयोग पूरक पदार्थों, स्वाद बढ़ाने वाले पदार्थों और न्यूरोट्रांसमीटर के अग्रदूतों के रूप में भी किया जाता है। ग्लूटामेट एक उत्तेजक न्यूरोट्रांसमीटर है और उमामी स्वाद का स्रोत है। ट्रिप्टोफैन सेरोटोनिन का अग्रदूत है। ग्लाइसिन एक शांत करने वाला न्यूरोट्रांसमीटर है।