Este é o nível estrutural mais simples e mais importante, pois dele deriva todo o arranjo espacial da molécula.
A estrutura primária pode variar em 3 aspectos, definidos pela informação genética da célula:
A estrutura primária da proteína resulta em uma longa cadeia de aminoácidos semelhante a um "colar de contas", com uma extremidade amino terminal e uma extremidade carboxi terminal. A estrutura primária de uma proteína é destruída por hidrólise química ou enzimática das ligações peptídicas, com liberação de peptídeos menores e aminoácidos livres.