蛋白質折疊（Protein folding）是蛋白質獲得其功能性結構和構象的過程。通過這一物理過程,蛋白質從無規則卷曲折疊成特定的功能性三維結構。在從mRNA序列翻譯成線性的肽鏈時,蛋白質都是以去折疊多肽或無規則卷曲的形式存在。
結構決定功能,僅僅知道基因組序列并不能使我們充分了解蛋白質的功能,更無法知道它是如何工作的。蛋白質可憑借相互作用在細胞環境（特定的酸堿度、溫度等）下自己組裝自己,這種自我組裝的過程被稱為蛋白質折疊。
蛋白質折疊問題被列為“21世紀的生物物理學”的重要課題,它是分子生物學中心法則尚未解決的一個重大生物學問題。從一級序列預測蛋白質分子的三級結構并進一步預測其功能,是極富挑戰性的工作。研究蛋白質折疊,尤其是折疊早期過程,即新生肽段的折疊過程是全面的最終闡明中心法則的一個根本問題,在這一領域中,近年來的新發現對新生肽段能夠自發進行折疊的傳統概念做了根本的修正。這其中,X射線晶體衍射和各種波譜技術以及電子顯微鏡技術等發揮了極其重要的作用。第十三屆國際生物物理大會上,Nobel獎獲得者Ernst在報告中強調指出,NMR用于研究蛋白質的一個主要優點在于它能極為詳細的研究蛋白質分子的動力學,即動態的結構或結構的運動與蛋白質分子功能的關系。目前的NMR技術已經能夠在秒到皮秒的時間域上觀察蛋白質結構的運動過程,其中包括主鏈和側鏈的運動,以及在各種不同的溫度和壓力下蛋白質的折疊和去折疊過程。蛋白質大分子的結構分析也不僅僅只是解出某個具體的結構,而是更加關注結構的漲落和運動。例如,運輸小分子的酶和蛋白質通常存在著兩種構象,結合配體的和未結合配體的。一種構象內的結構漲落是構象轉變所必需的前奏,因此需要把光譜學,波譜學和X 射線結構分析結合起來研究結構漲落的平衡,構象改變和改變過程中形成的多種中間態,又如,為了了解蛋白質是如何折疊的,就必須知道折疊時幾個基本過程的時間尺度和機制,包括二級結構（螺旋和折疊）的形成,卷曲,長程相互作用以及未折疊肽段的全面崩潰。多種技術用于研究次過程,如快速核磁共振,快速光譜技術（熒光,遠紫外和近紫外圓二色）。