Hay dos categorías principales de proteínas de la leche que se definen a grandes rasgos por su composición química y sus propiedades físicas.
El grupo principal de proteínas de la leche son las caseínas y constituyen las estructuras más grandes de la parte líquida de la leche: las micelas de caseína. Cada micela de caseína es aproximadamente esférica y de una décima de micrómetro de diámetro. La familia de la caseína contiene fósforo y este alto contenido en fosfatos de la familia de la caseína le permite asociarse con el calcio y formar sales de fosfato de calcio. Las caseínas tienen una composición de aminoácidos adecuada que es importante para el crecimiento y el desarrollo de las crías lactantes. En conjunto, constituyen alrededor del 76% – 86% de las proteínas de la leche en peso.
La leche contiene docenas de otros tipos de proteínas además de las caseínas e incluye enzimas. Estas proteínas son más solubles en agua que las caseínas y no forman estructuras más grandes. Estas proteínas permanecen suspendidas en el suero, permaneciendo cuando las caseínas se coagulan en cuajos y se denominan colectivamente como proteínas del suero.
Otras proteínas del suero son las inmunoglobulinas (anticuerpos que se encuentran en el colustral) y las albúminas del suero – una proteína del suero. Las proteínas del suero también incluyen enzimas, hormonas, factores de crecimiento, transportadores de nutrientes, factores de resistencia a enfermedades y otros. La familia de las proteínas del suero se compone de aproximadamente un 50% de beta-lactoglobulinas, un 20% de alfa-lactoalbúmina, lactoferrinas, transferrinas y muchas proteínas menores. También contienen una gran cantidad de aminoácidos que contienen azufre. Las proteínas del suero constituyen aproximadamente el 20% de las proteínas de la leche en peso. La lactoglobulina es la proteína del suero más común por un amplio margen.