Il existe deux grandes catégories de protéines du lait qui sont largement définies par leur composition chimique et leurs propriétés physiques.
Le premier groupe de protéines du lait est constitué par les caséines et forme les plus grandes structures de la partie fluide du lait – les micelles de caséine. Chaque micelle de caséine est grossièrement sphérique et fait environ un dixième de micromètre de diamètre. La famille des caséines contient du phosphore et cette forte teneur en phosphate lui permet de s’associer au calcium et de former des sels de phosphate de calcium. Les caséines ont une composition en acides aminés appropriée qui est importante pour la croissance et le développement des jeunes allaités. Collectivement, elles constituent environ 76 % à 86 % des protéines du lait en poids.
Le lait contient des dizaines d’autres types de protéines que les caséines et notamment des enzymes. Ces protéines sont plus solubles dans l’eau que les caséines et ne forment pas de structures plus grandes. Ces protéines restent en suspension dans le petit-lait, restant lorsque les caséines coagulent en caillé et sont collectivement appelées protéines du petit-lait.
Les autres protéines du petit-lait sont les immunoglobulines (anticorps présents dans le colostrum) et les albumines sériques – une protéine sérique. Les protéines du lactosérum comprennent également des enzymes, des hormones, des facteurs de croissance, des transporteurs de nutriments, des facteurs de résistance aux maladies et autres. La famille des protéines de lactosérum se compose d’environ 50 % de bêta-lactoglobulines, 20 % d’alpha-lactalbumine, de lactoferrines, de transferrines et de nombreuses protéines mineures. Elles contiennent également une grande quantité d’acides aminés soufrés. Les protéines du lactosérum représentent environ 20 % des protéines du lait en poids. La lactoglobuline est la protéine de lactosérum la plus courante, et de loin.