Proteinler, birbirlerine peptid bağları ile birleşmiş amino asit monomerlerinden oluşmuş yüksek molekül ağırlığına sahip organik polimerlerdir. Her protein molekülü, 20 tür amino asitin polipeptid zincirinde özel dizilişine sahiptir ve bu durum proteinlerin fonksiyonlarının spesifitesini meydana getirir. Proteinlerin molekül ağırlıkları on bin ile yüzbin arasında değişir. Proteinlerin, bakterinin gelişmesinde önemleri çok fazladır. Bu proteinlerin bir kısmı saf ve kristal halde elde edilebilmiştir. Bakteri proteinlerinde, genellikle, L-amino asitler daha fazla bulunur. D-amino asitlere, hücre duvarında, kapsülde (B. anthracis 'in) ve bakteriler tarafından sentezlenen antibiyotiklerin bileşiminde rastlanır. Bakteri proteinlerinde, bütün amino asitler vardır. Proteinlerin büyük bir kısmı, ya lipidlerle (lipoprotein) veya karbonhidratlarla (glikoprotein) birleşmiş haldedir. Bu konjuge proteinlere en fazla hücre duvarı ve sitoplasmik membranda rastlanır. Bakteri flagellasında bulunan ve özel yapıya sahip olan protein (flagellin), salmonellalarda türleri birbirinden ayırmada kullanılır. Fimbria proteini (pilin) de aynı şekilde türlere özgü bir karakter gösterir. Bakteri proteinleri, aynı diğer proteinler gibi, fiziksel (ısı, ışık, UV-ışınları, vs.) ve kimyasal (asit, alkali, dezenfektanlar, vs. maddelere) karşı duyarlıdırlar. B. stearothermophilus 'un sentezlediği alfa-amilase, 85 °C' de 20 saat kalmakla aktivitesinin ancak %29'unu kaybeder.