蛋白質磷酸化是調節和控制蛋白質活力和功能的最基本、最普遍，也是最重要的機制。蛋白質磷酸化主要發生在兩種氨基酸上，一種是絲氨酸(包括蘇氨酸)，另一種是酪氨酸。這兩類酸磷酸化的酶不一樣，功能也不一樣，但也有少數雙功能的酶可以同時作用于這兩類氨基酸，如MEK(促絲裂原活化蛋白激酶激酶mitogen-activated proteinkinase kinase ,MAPKK)。絲氨酸磷酸化的主要作用是變構蛋白質以激活蛋白質的活力，主要是指酶活力。而酪氨酸磷酸化除了在變構以及激活該蛋白的活力之外，更重要的功能是結合蛋白提供一個結構基因，以促進其和其他蛋白質相互作用而形成多蛋白復合體。蛋白復合體的形成再進一步促進蛋白質的磷酸化。周而復始，由最初蛋白質磷酸化所產生的信號就一步步如此轉下去。如果最初產生的是一個刺激細胞生長的信號，此信號便最終轉入細胞核，導致DNA復制和細胞分裂。
因此，酪氨酸磷酸化和多蛋白復合體的形成構成了細胞信號轉導的基本機制，幾乎所有的多肽細胞生長因子都是通過此途徑來激活細胞，刺激細胞生長。因而催化蛋白質酪氨酸磷酸化的酶，酪氨酸激酶(tyrosine kinases)是成為信號轉導機制和控制細胞生長的關鍵分子。酪氨酸激酶和蛋白質酪氨酸磷酸化在腫瘤的發生和生長中也起了決定性的作用。許多抗腫瘤藥物的研制都著眼于此類分子。
蛋白質翻譯后修飾是蛋白質化學研究的重要領域，對蛋白質結構的細節了解得越多，對蛋白質翻譯后修飾的分類范圍了解得也就越廣。蛋白質修飾包括糖類、脂類、核酸、磷酸、硫酸、羧基、甲基、乙酰基、羥基等功能基團以共價鍵與蛋白質的連接。蛋白質經過修飾，在結合、催化、調節及物理性質等方面都被賦予了新的功能。蛋白質磷酸化是蛋白質翻譯后修飾的重要內容，在酶和其它重要功能分子活性的發揮、第二信使傳遞和酶的級聯作用中起到重要的作用。蛋白質磷酸化是在一系列蛋白激酶的作用下完成的，本節主要介紹蛋白磷酸激酶的分離與分析和磷酸化蛋白質的分析方法。
在信號傳導中的作用：（1）細胞內的信號蛋白主要分為兩大類：一類在蛋白激酶的作用下磷酸化，共價結合ATP所提供的磷酸基團；另一類則在信號作用下結合GTP，通常以GTP取代GDP。
（2）這兩種胞內信號蛋白的共同特征是，在信號達到時通過獲得一個或幾個磷酸基團而被激活，而在信號減弱時能去除這些基團，從而失去活性。在信號中繼網中，某個信號蛋白磷酸化通常造成下游的蛋白依次發生磷酸化，形成磷酸化級聯反應。
（3）蛋白質的磷酸化主要集中在肽鏈中的酪氨酸、絲氨酸、蘇氨酸殘基上，這些殘基上具有游離的羥基，且本身不帶電荷，當磷酸化作用后，蛋白質便具有了電荷，從而使結構發生變化，進一步引起蛋白質活性的變化，這也是蛋白質磷酸化的意義所在。