一條多肽鏈具有三維的立體結構的球狀蛋白質。但是像胰島素和r-球蛋白那樣的，即使是由許多條肽鏈組成，但在其鏈間有象S－S鍵那樣的共價鍵，這些鏈的集合體為三維立體結構，稱為三級結構。每條鏈首先取二級結構，二級結構的鏈再折疊成球狀而成為三級結構。因此，三級結構是靠鏈間，特別是其側鏈間起作用的力而使其穩定的。其中包括上述的雙硫鍵，酪氨酸和羧基之間的氫鍵，但起最重要作用的是疏水鍵。因此一旦疏水鍵被切斷，三級結構就被破壞而導致蛋白質發生變性。這樣，三級結構原來雖是指蛋白質立體結構而言，但最近也用來表示像tRNA和rRNA那種多核苷鏈折疊成球狀的結構。