由若干二級構造單位，可組成一個完整的蛋白質分子，即為三級構造。

一些二級構造的組合，經常會重複出現在不同的蛋白質中，例如有許多蛋白質都有 aaaa 的二級構造組成，a8b8 捲成的桶狀構造也常看到；可稱為蛋白質二級構造的 motif。 演化似乎偏好這些 motif 的構造，可能有其功能上或構造上的優點。

若胺基酸比喻成文章中的單字，則二級構造的 a helix 及 b sheet 就好像句子，由數個句子組成一個段落，即為上述的 motif，若干段落可組成文章，即整個蛋白質分子。這樣的一個 motif 段落，若在蛋白質分子構造上成為一個區域，則可稱之為 功能區塊 domain。

這些含有數個二級構造的組合，是以何種力量連繫在一起的？ 通常還是以 氫鍵 為主要力量，但請注意這些氫鍵並不是在 a helix 內以脊骨上的 C=O 及 N-H 所鍵結成的那些氫鍵，而是胺基酸 側鏈基團之間 所造成的氫鍵。另外，空間上相接近的胺基酸基團若分別帶有正負電荷者，也可以 離子鍵 相結合。水溶性蛋白質的疏水性胺基酸多藏在其分子內部，以 疏水鍵 造成了一個核心，可以穩定整個蛋白質分子的構造。 Cysteine 是帶有 -SH 基團的胺基酸，當兩個 Cys 的 -SH 遇在一起時，會經氧化反應而形成 -S-S- 的 雙硫鍵，可以把蛋白質的兩段脊骨像架橋般接在一起。雙硫鍵越多的蛋白質，通常對熱較穩定，因為分子比較不易被扯開。

雙硫鍵有以上的架橋特性，形成相當堅固的連接，但也可以被還原反應打斷，但打斷後的 -SH 也可以再氧化回來，恢復雙硫鍵。因此，早期 Anfinsen 以含有很多對雙硫鍵的 ribonuclease (RNase) 進行這種可逆反應的實驗，發現 RNase 可以因而在原態與變性狀態下來回轉變。