Proteini imaju različite funkcije u živim organizmima.

Katalitička funkcija: proteini s katalitičkom funkcijom nazivaju se enzimi, a sve kemijske reakcije metabolizma organizma kataliziraju enzimi.
Motorna funkcija: Od najnižeg bakterijskog pokreta flagelara do kontrakcije mišića kod viših životinja, postiže se protein. Opuštanje i kontrakcija mišića uglavnom se upotpunjuju klizanjem debelih filamenata sa miozinom kao glavnom komponentom i filamenata sa aktinom kao glavnom komponentom.
Transportna funkcija: U procesu životnih aktivnosti, transport mnogih malih molekula i jona dovršavaju različiti specifični proteini. Na primjer, albumin plazme u krvi prenosi male molekule, a hemoglobin u crvenim krvnim stanicama prenosi kisik i ugljični dioksid.
Mehanička potpora i zaštitna funkcija: tkiva s mehaničkim potpornim funkcijama viših životinja kao što su kost, vezivno tkivo i kosa, koža, nokti i druga tkiva sa funkcijom zaštite pokrivača uglavnom se sastoje od kolagena, keratina, elastina itd.
Imunološke i odbrambene funkcije: Da bi održali vlastiti opstanak, organizmi imaju mnogo vrsta odbrane, od kojih se mnoge oslanjaju na proteine. Na primjer, antitijela su vrlo specifična klasa proteina koji prepoznaju i vezuju se za strane tvari koje napadaju organizme, kao što su alogeni proteini, virusi i bakterije, i poništavaju njihovo štetno djelovanje.
Regulatorna funkcija: U održavanju normalnih životnih aktivnosti organizma, regulacija metaboličke funkcije, kontrola rasta i razvoja i diferencijacije, regulacija reproduktivne funkcije i nastavka vrste, peptidi i proteinski hormoni igraju izuzetno važnu ulogu. Osim toga, postoje proteini koji primaju i prenose regulatorne informacije, kao što su receptorski proteini različitih hormona.