在對蛋白質立體結構有所了解的基礎上，蛋白質化學家很自然地希望闡明蛋白質立體結構是如何形成的，即肽鏈是如何折疊的。
從Anfinsen經典的核糖核酸酶的還原和重氧化實驗，得出蛋白質肽鏈折疊的基本原則：蛋白質的氨基酸序列決定了蛋白質的立體結構，即肽鏈的折疊方式。肽鏈折疊的本質，可以簡單地理解為將肽鏈中絕大多數的疏水殘基包裹到分子內部。這種包裹或是說折疊，卻不是任意的。一條肽鏈可以有無數種可能的折疊方式——空間構象，但最終形成的是有活性的特定構象。
從蛋白質變性研究了解到，肽鏈松散是一個快速過程，變性后肽鏈在合適條件下的再折疊基本上是變性的逆過程，同樣也是十分快速的。目前對折疊過程，基本上有2種不同的假設。一種假設認為，肽鏈中的局部肽段先形成一些構象單元即α螺旋、β折疊和β轉角等二級結構，然后再是二級結構的組合、排列形成蛋白質的三級結構；另一種假設認為，首先是肽鏈內部的疏水作用起作用，產生一個塌陷過程，然后經調整，形成不同層次的結構。盡管是不同的假設，但是很多學者都認為有一個所謂“熔球態”的中間狀態。在熔球態中，蛋白質的二級結構已基本形成，蛋白質的整體空間結構也初具規模。在熔球態時，分子立體的結構再作一些局部調整，最后形成正確的立體結構。這些局部調整可以理解為內部一些殘基之間的疏水/親水平衡的“完善”。就糖蛋白而言，整個蛋白質立體結構的形成和糖基化也有一定關系。糖殘基或糖鏈是親水性較強的基團，加到肽鏈上明顯地改變了分子的疏水/親水平衡。