蛋白质由各种原因，在其一级结构不发生变化的情况下，二级、三级、四级等立体结构却发生变化，随之原有的各种性质也发生变化的现象。其原因有加热、冻结、干燥、高压、吸附、搅拌、超声波、紫外线及X射线等物理学的处理，或酸、碱、尿素、胍、有机溶剂、表面活性剂、重金属等化学药品的作用，使蛋白质分子中的多肽链局部起作用的氢键、疏水键的状态发生变化，往往是构成蛋白质变性的原因。随着变性所发生的变化有溶解度的降低、生物活性（例如酶的作用）的消失或减弱、不结晶等、分子量有的不变，有的是几分之一，或成倍地解离或聚合。蛋白质分子中的各种功能团（基）（SH基、S－S基、酚羟基，吲哚基、氨基、羧基等）的反应性，通常比未变性时上升。对蛋白酶作用的敏感性，也因变性而增大，以前虽认为变性是不可逆的，现在已有许多成功的例子表明变性的蛋白质可以恢复其原来的状态。这一事实是一级结构决定着蛋白质立体结构的学说的有力证据。