因為二級結構是局部的，不同的二級結構的許多區域可存在於相同的蛋白質分子。三級結構：通過多個二級結構元素在三維空間的排列所形成的一個蛋白質分子的三維結構，是單個蛋白質分子的整體形狀。蛋白質的三級結構大都有一個疏水核心來穩定結構，同時具有穩定作用的還有鹽橋(蛋白質)、氫鍵和二硫鍵，甚至翻譯後修飾。「三級結構」常常可以用「摺疊」一詞來表示。三級結構控制蛋白質的基本功能。四級結構：由幾個蛋白質分子（多肽鏈），通常稱為蛋白質亞基所形成的結構，在功能上作為一個蛋白質複合體。細胞色素c的NMR溶液結構，顯示了蛋白質的動態結構。蛋白質並不完全是剛性分子。許多蛋白質在執行生物學功能時可以在多個相關結構中相互轉換。在進行功能型結構重排時，這些相關的三級或四級結構通常被定義為不同「構象」，而這些結構之間的轉換就被稱為「構象變換」。例如，酶的構象變換常常是由底物結合到活性位點所導致。在溶液中，所有的蛋白質都會發生結構上的動態變化，主要表現為熱振動和與其他分子之間碰撞所導致的運動。不同大小的蛋白質的分子表面。從左到右依次為：抗體（IgG）、血紅蛋白、胰島素、腺苷酸激酶和谷胺醯氨合成酶。蛋白質可以由三級結構的不同大致分為三個主要類別：球蛋白、纖維蛋白和膜蛋白。幾乎所有的球蛋白都是水溶性的，許多球蛋白是酶。纖維蛋白多為結構性的