Cấu trúc của protein thường được phân chia thành bốn cấp độ chính:

1. **Cấp độ một (Primary structure)**: Đây là chuỗi các axit amin liên kết với nhau bằng liên kết peptide. Thứ tự của các axit amin trong chuỗi xác định tính năng và chức năng của protein.

2. **Cấp độ hai (Secondary structure)**: Đây là cấu trúc địa phương của protein được hình thành từ các liên kết hydro giữa các nhóm chứa oxy và nitơ trong chuỗi polypeptid, dẫn đến sự hình thành các cấu trúc như alpha-helix (cuộn xoắn) và beta-pleated sheet (tấm gập).

3. **Cấp độ ba (Tertiary structure)**: Cấu trúc ba chiều của protein mà trong đó các chuỗi polypeptid gấp lại thành hình dạng đặc trưng nhằm tối ưu hóa các tương tác giữa các nhóm chức và tạo thành các vùng hoạt động của protein.

4. **Cấp độ bốn (Quaternary structure)**: Cấu trúc này chỉ có ở các protein bao gồm nhiều chuỗi polypeptid (subunits) liên kết với nhau để tạo thành một phức hợp protein lớn hơn. Ví dụ điển hình là hemoglobin, một protein có bốn chuỗi polypeptid.

Cấu trúc của protein quyết định vai trò và chức năng của nó trong cơ thể. Các protein có thể thực hiện nhiều chức năng khác nhau, như enzym xúc tác phản ứng sinh hóa, vận chuyển các phân tử, cung cấp cấu trúc cho tế bào, và tham gia vào các phản ứng miễn dịch.

Tùy thuộc vào môi trường (như pH, nhiệt độ), protein có thể thay đổi cấu trúc và dẫn đến sự thay đổi trong chức năng, điều này có thể là cơ chế cho một số bệnh tật.