Det finns två huvudkategorier av mjölkproteiner som i stort sett definieras av deras kemiska sammansättning och fysikaliska egenskaper.
Den primära gruppen mjölkproteiner är kaseinerna och utgör de största strukturerna i mjölkens vätska – kaseinmicellerna. Varje kaseinmicell är ungefär sfärisk och ungefär en tiondels mikrometer i diameter. Kaseinfamiljen innehåller fosfor och denna höga fosfathalt i kaseinfamiljen gör att den kan associera sig med kalcium och bilda kalciumfosfatsalter. Kasein har en lämplig sammansättning av aminosyror som är viktig för tillväxt och utveckling hos de ammande ungarna. Tillsammans utgör de cirka 76-86 viktprocent av proteinet i mjölk.
Mjölk innehåller dussintals andra typer av proteiner förutom kaseiner och bland annat enzymer. Dessa proteiner är mer vattenlösliga än kaseiner och bildar inte större strukturer. Dessa proteiner förblir suspenderade i vassle, kvar när kaseinerna koagulerar till ostmassa och kallas kollektivt för vassleproteiner.
Andra vassleproteiner är immunoglobuliner (antikroppar som finns i colustrum) och serumalbuminer – ett serumprotein. Vassleproteiner omfattar även enzymer, hormoner, tillväxtfaktorer, näringstransportörer, sjukdomsresistensfaktorer och andra. Vassleproteinfamiljen består av cirka 50 % beta-laktoglobuliner, 20 % alfa-laktalbumin, laktoferriner, transferriner och många mindre proteiner. De innehåller också en stor mängd svavelhaltiga aminosyror. Vassleproteiner utgör ungefär 20 viktprocent av proteinerna i mjölk. Laktoglobulin är med stor marginal det vanligaste vassleproteinet.