Istnieją dwie główne kategorie białek mleka, które są szeroko zdefiniowane przez ich skład chemiczny i właściwości fizyczne.
Podstawową grupą białek mleka są kazeiny i tworzą największe struktury w płynnej części mleka – micele kazeinowe. Każda micela kazeinowa ma kształt zbliżony do kulistego i średnicę około jednej dziesiątej mikrometra. Rodzina kazein zawiera fosfor i ta wysoka zawartość fosforanów w rodzinie kazein pozwala jej łączyć się z wapniem i tworzyć sole fosforanu wapnia. Kazeiny mają odpowiedni skład aminokwasowy, który jest ważny dla wzrostu i rozwoju młodych karmiących. Łącznie stanowią one około 76% – 86% wagowych białka w mleku.
Mleko zawiera dziesiątki innych rodzajów białek poza kazeinami, w tym enzymy. Białka te są bardziej rozpuszczalne w wodzie niż kazeiny i nie tworzą większych struktur. Białka te pozostają zawieszone w serwatce, pozostając, gdy kazeiny koagulują w twaróg i są zbiorczo nazywane białkami serwatkowymi.
Innymi białkami serwatkowymi są immunoglobuliny (przeciwciała znajdujące się w siarze) i albuminy surowicy – białko surowicy. Do białek serwatkowych należą również enzymy, hormony, czynniki wzrostu, transportery składników odżywczych, czynniki odporności na choroby i inne. Rodzina białek serwatkowych składa się w około 50% z beta-laktoglobulin, w 20% z alfa-laktalbuminy, laktoferryn, transferryn i wielu pomniejszych białek. Zawierają one również dużą ilość aminokwasów zawierających siarkę. Białka serwatkowe stanowią wagowo około 20% białek mleka. Laktoglobulina jest najczęściej występującym białkiem serwatkowym z dużym marginesem.