三級結構是由一個已經具有了某些a-螺旋和/或b折疊區的多肽鏈折疊成一個緊密包裹的、幾乎成球形的空間結構,或稱為天然構象。
三級結構的一個重要特點是在一級結構上離得遠的氨基酸殘基在三級結構中可以靠的很近,它們的側鏈可以發生相互作用。二級結構是靠骨架中的酰胺和羰基之間形成的氫鍵維持穩定的,三級結構主要是靠氨基酸殘基側鏈之間的非共價相互作用(主要是疏水作用)維持穩定的,此外二硫鍵也是穩定三級結構的力。在一個蛋白質的三級結構中,二級結構區之間是通過一些片段連接的。