Existem duas grandes categorias de proteínas do leite que são amplamente definidas pela sua composição química e propriedades físicas.
O grupo primário de proteínas do leite são as caseínas e compõem as maiores estruturas na porção fluida do leite – as micelas de caseína. Cada micela de caseína é aproximadamente esférica e cerca de um décimo de micrómetro de diâmetro. A família das caseínas contém fósforo e este elevado teor de fosfato da família das caseínas permite a sua associação com o cálcio e a formação de sais de fosfato de cálcio. As caseínas têm uma composição apropriada de aminoácidos que é importante para o crescimento e desenvolvimento dos jovens lactentes. Coletivamente, elas compõem cerca de 76% – 86% da proteína do leite em peso.
Leite contém dezenas de outros tipos de proteínas além das caseínas e incluindo enzimas. Estas proteínas são mais solúveis em água do que as caseínas e não formam estruturas maiores. Estas proteínas permanecem suspensas no soro de leite, permanecendo quando as caseínas coagulam em coalhada e são chamadas coletivamente como proteínas do soro de leite.
Outras proteínas do soro de leite são as imunoglobulinas (anticorpos encontrados no colostro) e albuminas do soro – uma proteína do soro. As proteínas do soro de leite também incluem enzimas, hormônios, fatores de crescimento, transportadores de nutrientes, fatores de resistência a doenças e outros. A família das proteínas do soro de leite consiste em aproximadamente 50% de beta-lactoglobulinas, 20% de alfa-lactalbumina, lactoferrinas, transferrinas, e muitas proteínas menores. Elas também contêm uma grande quantidade de enxofre contendo aminoácidos. As proteínas do soro de leite constituem aproximadamente 20% das proteínas do leite, em peso. A lactoglobulina é a proteína do soro de leite mais comum por uma grande margem.