蛋白質由各種原因，在其一級結構不發生變化的情況下，二級、三級、四級等立體結構卻發生變化，隨之原有的各種性質也發生變化的現象。其原因有加熱、凍結、干燥、高壓、吸附、攪拌、超聲波、紫外線及X射線等物理學的處理，或酸、堿、尿素、胍、有機溶劑、表面活性劑、重金屬等化學藥品的作用，使蛋白質分子中的多肽鏈局部起作用的氫鍵、疏水鍵的狀態發生變化，往往是構成蛋白質變性的原因。隨著變性所發生的變化有溶解度的降低、生物活性（例如酶的作用）的消失或減弱、不結晶等、分子量有的不變，有的是幾分之一，或成倍地解離或聚合。蛋白質分子中的各種功能團（基）（SH基、S－S基、酚羥基，吲哚基、氨基、羧基等）的反應性，通常比未變性時上升。對蛋白酶作用的敏感性，也因變性而增大，以前雖認為變性是不可逆的，現在已有許多成功的例子表明變性的蛋白質可以恢復其原來的狀態。這一事實是一級結構決定著蛋白質立體結構的學說的有力證據。