У більшості білків поліпептидні ланцюги згорнуті особливим чином в компактну глобулу. Спосіб згортання поліпептидних ланцюгів глобулярних білків називається третинної структурою. Третинна структура підтримується вже обговорювалися вище зв'язками трьох типів - іонними, водневими і дисульфідними, а також гідрофобними взаємодіями.

У кількісному відношенні найбільш важливі саме гідрофобні взаємодії; Білок при цьому згортається таким чином, щоб його гідрофобні бокові ланцюги були приховані усередині молекули, а гідрофільні, навпаки, виставлені назовні.

Для визначення третинної структури білків можна використовувати метод рентгенівського аналізу. В результаті досліджень, що розтягнувся на кілька років, Джон Кендрю і Макс Перуц (Kendrew, Perutz) до початку 1959 р. визначили цим методом вторинну і третинну структуру міоглобіну і запропонували модель його молекули.

За цю роботу в 1962 р. вони були удостоєні Нобелівської премії. Тепер для міоглобіну були відомі:

первинна структура міоглобіну - Молекула являє собою одну полипептидную ланцюг, побудовану з 153 амінокислотних залишків (їх послідовність була встановлена на початку 60-х років);
вторинна структура міоглобіну - Близько 75% ланцюга має а-спіральну конформацію (вісім спіральних ділянок);
третинна структура міоглобіну - А-спіраль згорнута нерегулярним чином в компактну глобулу;
простетінеская група міоглобіну - Гемогруппи, або гем (містить залізо).

Міоглобін синтезується в м'язах, де він служить для запасання кисню. Як і в гемоглобіні, кисень в його молекулі зв'язується з гемом; від гема залежить червоний колір м'язів. Визначення третинної структури білків все ще залишається досить трудомістким процесом. Останнім часом в молекулярній біології все більше зусиль витрачається на спроби використовувати комп'ютери та іншу техніку, яка дозволила б передбачати третинну структуру білка виходячи з його вже відомої первинної і вторинної структури. Це відкрило б можливості для конструювання білків з певною структурою, призначених для певних функцій, що могло б зіграти дуже важливу роль і в промисловості, і в медицині.

На малюнку представлено кілька способів зображення третинної структури білка. Ще один спосіб показаний на малюнку. У білків з третинної структурою функція найтіснішим чином залежить від точної форми молекули. У цьому особливо легко переконатися при знайомстві з ферментами.