Proteinele sunt lanțuri de aminoacizi. Există 20 de aminoacizi standard pe care celulele îi folosesc pentru a construi proteine. Fiecare are un atom de carbon central, numit atom de carbon alfa, legat de o grupare amino, o grupare carboxil, un atom de hidrogen și un lanț lateral numit grupare R. Gruparea R este ceea ce face ca fiecare aminoacid să fie diferit. Poate fi la fel de simplu ca un atom de hidrogen, ca în glicină, sau la fel de complex ca un inel indolic, ca în triptofan.

Aminoacizii se leagă între ei prin legături peptidice. Gruparea carboxil a unui aminoacid reacționează cu gruparea amino a altuia, eliberând apă și formând o legătură. Lanțul rezultat este un polipeptid. Secvența aminoacizilor determină modul în care se pliază proteina, iar forma pliată îi determină funcția. Un singur aminoacid greșit poate provoca boli. Anemia falciformă rezultă dintr-o singură substituție a valinei cu acidul glutamic în hemoglobină.

Nouă dintre cei 20 de aminoacizi standard sunt esențiali, ceea ce înseamnă că oamenii nu îi pot produce și trebuie să îi obțină din alimente. Ceilalți sunt neesențiali, ceea ce înseamnă că organismul îi poate sintetiza. Proteinele complete, care se găsesc în carne, ouă și lactate, conțin toți cei nouă aminoacizi esențiali. Proteinele vegetale adesea lipsesc de unul sau mai mulți, motiv pentru care combinarea alimentelor precum orezul și fasolea oferă un profil proteic complet.

Aminoacizii sunt utilizați și ca suplimente, potențiatori de aromă și precursori ai neurotransmițătorilor. Glutamatul este un neurotransmițător excitator și sursa gustului umami. Triptofanul este un precursor al serotoninei. Glicina este un neurotransmițător calmant.