Proteiner är kedjor av aminosyror. Det finns 20 standardaminosyror som celler använder för att bygga proteiner. Varje aminosyra har ett centralt kol, kallat alfa-kol, bundet till en aminogrupp, en karboxylgrupp, en väteatom och en sidokedja som kallas R-gruppen. R-gruppen är det som gör varje aminosyra unik. Den kan vara så enkel som en väteatom, som i glycin, eller så komplex som en indolring, som i tryptofan.

Aminosyror binds samman genom peptidbindningar. Karboxylgruppen i en aminosyra reagerar med aminogruppen i en annan, vilket frigör vatten och bildar en bindning. Den resulterande kedjan är en polypeptid. Aminosyrornas sekvens avgör hur proteinet veckas, och den veckade formen avgör dess funktion. En enda felaktig aminosyra kan orsaka sjukdom. Sicklecellanemi är ett resultat av en enda substitution av valin mot glutaminsyra i hemoglobin.

Nio av de 20 vanliga aminosyrorna är essentiella, vilket innebär att människor inte kan tillverka dem och måste få dem från maten. De andra är icke-essentiella, vilket innebär att kroppen kan syntetisera dem. Kompletta proteiner, som finns i kött, ägg och mejeriprodukter, innehåller alla nio essentiella aminosyror. Växtproteiner saknar ofta en eller flera, vilket är anledningen till att kombinationen av livsmedel som ris och bönor ger en komplett proteinprofil.

Aminosyror används också som kosttillskott, smakförstärkare och föregångare till neurotransmittorer. Glutamat är en exciterande neurotransmittor och källan till umamismak. Tryptofan är en föregångare till serotonin. Glycin är en lugnande neurotransmittor.