一条多肽链具有三维的立体结构的球状蛋白质。但是像胰岛素和r-球蛋白那样的，即使是由许多条肽链组成，但在其链间有象S－S键那样的共价键，这些链的集合体为三维立体结构，称为三级结构。每条链首先取二级结构，二级结构的链再折叠成球状而成为三级结构。因此，三级结构是靠链间，特别是其侧链间起作用的力而使其稳定的。其中包括上述的双硫键，酪氨酸和羧基之间的氢键，但起最重要作用的是疏水键。因此一旦疏水键被切断，三级结构就被破坏而导致蛋白质发生变性。这样，三级结构原来虽是指蛋白质立体结构而言，但最近也用来表示像tRNA和rRNA那种多核苷链折叠成球状的结构。