Proteiner er kjeder av aminosyrer. Det finnes 20 standard aminosyrer som celler bruker for å bygge proteiner. Hver har et sentralt karbonatom, kalt alfakarbonet, bundet til en aminogruppe, en karboksylgruppe, et hydrogenatom og en sidekjede kalt R-gruppen. R-gruppen er det som gjør hver aminosyre forskjellig. Den kan være så enkel som et hydrogenatom, som i glysin, eller så kompleks som en indolring, som i tryptofan.

Aminosyrer bindes sammen gjennom peptidbindinger. Karboksylgruppen til én aminosyre reagerer med aminogruppen til en annen, frigjør vann og danner en binding. Den resulterende kjeden er et polypeptid. Rekkefølgen av aminosyrer bestemmer hvordan proteinet folder seg, og den foldede formen bestemmer dets funksjon. Én feil aminosyre kan forårsake sykdom. Sigdcelleanemi skyldes én enkelt substitusjon av valin med glutaminsyre i hemoglobin.

Ni av de 20 standard aminosyrene er essensielle, noe som betyr at mennesker ikke kan lage dem selv og må få dem fra mat. De andre er ikke-essensielle, noe som betyr at kroppen kan syntetisere dem. Komplette proteiner, som finnes i kjøtt, egg og meieriprodukter, inneholder alle ni essensielle aminosyrer. Planteproteiner mangler ofte én eller flere, og det er derfor en kombinasjon av matvarer som ris og bønner gir en komplett proteinprofil.

Aminosyrer brukes også som kosttilskudd, smaksforsterkere og forløpere til nevrotransmittere. Glutamat er en eksitatorisk nevrotransmitter og kilden til umamismak. Tryptofan er en forløper til serotonin. Glysin er en beroligende nevrotransmitter.