基因組告訴我們可能合成哪些蛋白質。蛋白質體學則告訴我們實際存在哪些蛋白質。它是對蛋白質進行大規模研究的學科，研究內容包括蛋白質的表達、修飾、相互作用和功能。蛋白質是細胞的“主力軍”，其水平會隨著疾病、藥物和環境的變化而改變。蛋白質體學正是捕捉這種動態狀態的學科。

該領域依賴質譜和分離技術。樣品被消化成勝肽段，透過液相層析分離，然後用質譜儀進行分析。所得質譜圖與蛋白質資料庫進行比對，以鑑定和定量蛋白質。一次實驗即可檢測數千種蛋白質。此外，還可以繪製翻譯後修飾圖譜，例如磷酸化和糖基化。

蛋白質體學用於尋找疾病生物標記、了解藥物作用機制以及研究蛋白質交互作用。它在癌症研究中用於鑑定驅動腫瘤生長的蛋白質。它在微生物學中用於研究病原體對抗生素的反應。它在農業中用於提高作物的抗逆性。

挑戰主要在於技術層面。蛋白質的豐度差異巨大，從每個細胞數百萬個拷貝到僅有幾個拷貝不等。低豐度蛋白質難以檢測。數據複雜，解讀需要生物資訊技術。但蛋白質體學正在日趨成熟，它與基因體學和轉錄體學相輔相成，共同建構出更完整的生物學圖景。