Bu yapı seviyesi, ikincil yapının bölgelerinin nasıl katlandığını, diğer bir deyişle bir alfa sarmalı, beta yapraklarını ve katlanmaları içeren 3D düzenini açıklar. Üçüncül yapı, yan zincirler arasındaki veya yan zincirler ile polipeptit omurgası arasındaki etkileşimler sonucu oluşur ve bunlar genel olarak zincir halindeyken birbirlerinden uzakta olan yapılardır. Her protein katlanabilme özelliğine sahiptir ve bunlar oldukça karmaşık olabilir.