La estructura terciaria representa el plegamiento de las proteínas en el espacio. Es una estructura muy estable gracias a las uniones (débiles) que tienen lugar entre los aa alejados entre sí. Podemos encontrar los siguientes tipos de interacciones:

• Puentes de hidrógeno (cadenas laterales polares).
• Interacciones hidrófobas y fuerzas de Van der Waals entre radicales alifáticos o aromáticos de las cadenas laterales.
• Enlaces iónicos entre cadenas laterales cargadas de forma positiva o negativa.
• Puentes disulfuro entre residuos de cisteína (enlace covalente fuerte entre dos grupos tiol, -SH, que corresponden a dos Cys).

La función de la proteína depende de la estructura terciaria que tenga. La estructura terciaria de las proteínas (sobre todo aquellas que tienen elevado peso molecular) está constituida por varios dominios o unidades compactas de entre 50 y 300 aa conectados a través del esqueleto polipeptídico. Cada dominio tiene una estructura independiente de la de los otros (estructura de alfa hélice y lámina beta en distintos órdenes). Normalmente los dominios se unen mediante una porción proteica flexible que sirve como bisagra. Son regiones muy estables y se repiten dominios muy parecidos en proteínas distintas.