蛋白酶體核心復合物約700，沉降系數為20S，由4個同軸的環組成，每個環由7個亞基組成，形成一種桶狀結構．位于桶狀結構外側的兩個環稱為α環，由7個α亞基組成。桶狀結構內側的兩個環為β環， 由7個β亞基組成, 其中β1、β2和β5具有蘇氨酸蛋白酶活性位點，具體來說β，具有Caspase樣肽酶活性，β2具有胰蛋白酶樣活性，βs具有胰凝乳蛋白酶樣活性。這些活性位點處于20S中心復合物內部，從而可以有效地防止非特異性蛋白質的降解。20S核心復合物兩端可與三種調節復合物或激活物結合，如與19S調節復合物結合即構成26S的蛋白酶體復合體。19S調節復合物通過a環與核心復合體相結合。19S調節復合物由17個不同亞基組成，由兩部分構成，一個是基底復合物，另一個是蓋復合物。 前者由6個ATP酶亞基和2個非ATP酶亞基組成，后者由9個亞基組成。基底復合物中的ATP酶亞基分別被命名為Rpt 1~6，負責核心復合體降解腔通道的開啟，具有降解底物去折疊和幫助降解底物進入降解腔等功能。蓋復合物在泛素依賴的蛋白質降解過程中主要發揮識別泛素降解信號和去泛素化的作用。由此可見， 蓋復合物與基底復合物的協同作用保證了帶有多泛素化標簽的底物蛋白質能夠進入中心復合體活性中心并被降解為短肽。值得注意的是，原核細胞的蛋白酶體本身就缺少蓋復合物。但研究表明，某些非泛素化的降解底物也能夠被這種沒有蓋復合物的蛋白酶體所降解，人為解離掉蓋復合物的蛋白酶體也能以ATP依賴的方式降解非泛素化的底物。
另一種與蛋白酶體核心復合體結合的復合物是11S 調節因子，也稱為PA28激活因子。該復合物也能夠促進短肽的水解，水解的過程不依賴ATP，并且水解的底物也無需與泛素結合。PA28分子量為20的復合物，由a和β亞基組成，兩個亞基形成異源7聚體，并可以結合到核心復合體的兩端，同時也可以與19S 調節復合物組成“混合蛋白酶體”。研究認為，PA28在體內抗原加工中發揮作用，而且通過與γ干擾素的相互作用參與免疫蛋白酶體β亞基的表達。