Protein denatürasyonu, proteinlerin birincil yapısının değişmeden, ikincil, üçüncül ve dördüncül yapılarının bazı fiziksel (yüksek sıcaklık, radyasyon) ve kimyasal (kuvvetli asit veya baz, organik çözücüler, yoğun inorganik tuz çözeltisi) dış etkilerle bozularak primer yapılarına dönüşmeleri sürecidir. Denatürasyon sırasında kopan bağlar: polipeptit zincirleri arasındaki hidrojen bağları; kükürt bağları (özellikle sistein grupları arasındaki disülfit bağları). Denatürasyonun sonuçları: Protein, önceki yapısına geri dönemez. Protein, enzimatik etkilere karşı daha duyarlı hale gelir. Protein çökelmesi her zaman denatürasyon anlamına gelmez; proteinler, üçüncül yapıları korunarak da çöktürülebilir. Yaygın denatürasyon örnekleri: Yumurtanın sahanda pişirilmesi sonucunda beyaza dönmesi; Kaynamış sütün üzerinde kaymak oluşması; Hemoglobinin tripsin tarafından sindirilememesi, ancak denatüre hemoglobinin kolaylıkla sindirilebilmesi.