Proteinler, amino asit zincirleridir. Hücrelerin protein oluşturmak için kullandığı 20 standart amino asit vardır. Her birinin, alfa karbonu adı verilen merkezi bir karbon atomu, bir amino grubu, bir karboksil grubu, bir hidrojen atomu ve R grubu adı verilen bir yan zincirle bağlanmıştır. R grubu, her amino asidi farklı kılan şeydir. Glisin'de olduğu gibi basit bir hidrojen atomu veya triptofan'da olduğu gibi karmaşık bir indol halkası olabilir.

Amino asitler peptit bağları aracılığıyla birbirine bağlanır. Bir amino asidin karboksil grubu, diğerinin amino grubuyla reaksiyona girerek su açığa çıkarır ve bir bağ oluşturur. Ortaya çıkan zincir bir polipeptittir. Amino asitlerin dizilimi, proteinin nasıl katlanacağını belirler ve katlanmış şekil de işlevini belirler. Tek bir yanlış amino asit hastalığa neden olabilir. Orak hücreli anemi, hemoglobinde glutamik asidin yerine valin geçmesi sonucu oluşur.

20 standart amino asitten dokuzu esansiyeldir, yani insan vücudu bunları üretemez ve besinlerden almalıdır. Diğerleri ise esansiyel olmayan amino asitlerdir, yani vücut bunları sentezleyebilir. Et, yumurta ve süt ürünlerinde bulunan tam proteinler, dokuz esansiyel amino asidin tamamını içerir. Bitkisel proteinler genellikle bir veya daha fazlasını içermez; bu nedenle pirinç ve fasulye gibi besinleri bir araya getirmek tam bir protein profili sağlar.

Amino asitler ayrıca takviye edici madde, lezzet artırıcı ve nörotransmitter öncüsü olarak da kullanılır. Glutamat, uyarıcı bir nörotransmitterdir ve umami tadının kaynağıdır. Triptofan, serotonin öncüsüdür. Glisin ise sakinleştirici bir nörotransmitterdir.