體內蛋白質的代謝狀況可用氮平衡描述

蛋白質含氮量平均在16%，所以可以通過測定食物中含氮量（攝入氮）來分析食物中蛋白質含量。
氮平衡是指攝入氮和排出氮之間的關係，它反映出體內蛋白質的代謝狀態。
三種情況：

氮總平衡——氮攝入量 = 氮排出量
氮正平衡——氮攝入量 > 氮排出量
氮負平衡——氮攝入量 < 氮排出量

根據氮平衡不僅可以分析體內蛋白質的代謝情況，還可以估算體內的蛋白質需求量。
每人每天至少需要食入一般食物蛋白質30～45g，才能維持蛋白質總氮平衡。中國營養學會推薦成人每日蛋白質的攝入量在80g左右。

營養必需胺基酸決定蛋白質的營養價值

氮平衡實驗證明，人體內有9種胺基酸不能合成。這些體內需要而不能自身合成，必須由食物提供的胺基酸，在營養學上稱為必需胺基酸(essential amino acid) , 包括亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、賴氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和組氨酸。其餘11種胺基酸體內可以合成，不必由食物供給，在營養學上稱為非必需胺基酸(non-essential amino acid)。精氨酸雖然能夠在人體內合成，但合成量不多，若長期供應不足或需要量增加也可造成負氮平衡。因此，有人將精氨酸也歸為營養必需胺基酸。
蛋白質的營養價值取決於各種蛋白質所含有的胺基酸的種類和數量，種類和數量不同它們的營養價值就不同。一般來說，含有必需胺基酸種類多而數量足的蛋白質，營養價值高，反之營養價值低。由於動物性蛋白質所含必需胺基酸的種類和比例與人體需要相近，故營養價值相對較高。多種營養價值較低的蛋白質混合食用，彼此間必需胺基酸可以得到互相補充，從而提高蛋白質的營養價值，這種作用稱為食物蛋白質的互補作用。例如穀類蛋白質含賴氨酸較少含色氨酸較多，而豆類蛋白質含賴氨酸較多含色氨酸較少，將兩者混合食用即可提高蛋白質的營養價值。在某些疾病情況下，為保證病人胺基酸的需要，可輸入胺基酸混合液，以防止病情惡化。

外源性蛋白質消化成寡肽和胺基酸後被吸收

蛋白質在胃和小腸被消化成寡肽和胺基酸

食物蛋白質的消化、吸收是體內胺基酸的主要來源。同時，消化過程還可消除食物蛋白質的抗原性，避免引起機體的過敏和毒性反應。食物蛋白質的消化由胃開始，但主要在小腸進行。

蛋白質在胃中被水解成多肽和胺基酸 食物蛋白質進入胃後經胃蛋白酶(pepsin)作用水解生成多肽及少量胺基酸。胃蛋白酶原(pepsinogen)由胃黏膜主細胞分泌，經鹽酸激活後轉變成為有活性的胃蛋白酶。胃蛋白酶也能激活胃蛋白酶原轉變成胃蛋白酶，稱為自身催化作用(autocatalysis)。胃蛋白酶的最適pH為1.5～2.5。酸性的胃液可使蛋白質變性，有利於蛋白質的水解。胃蛋白酶對肽鍵的特異性較差，主要水解由芳香族胺基酸、甲硫氨酸和亮氨酸等胺基酸殘基形成的肽鍵。胃蛋白酶還具有凝乳作用，可使乳汁中的酪蛋白(casein)與Ca²⁺形成乳凝塊，使乳汁在胃中的停留時間延長，有利於乳汁中蛋白質的消化。
蛋白質在小腸被水解成寡肽和胺基酸 食物在胃中的停留時間較短，因此對蛋白質的消化很不完全。蛋白質的消化主要在小腸進行。在小腸中，未經消化或消化不完全的蛋白質受胰液及腸黏膜細胞分泌的多種蛋白酶及肽酶的共同作用，進一步水解成寡肽和胺基酸。

小腸內發揮作用的蛋白酶基本上分為兩大類，即內肽酶(endopeptidase)和外肽酶(exopeptidase)。內肽酶可以特異地水解蛋白質內部的一些肽鍵，而外肽酶則特異地水解蛋白質或多肽末端的肽鍵。內肽酶包括胰蛋白酶（trypsin）、胰凝乳蛋白酶(chymotrypsin)和彈性蛋白酶(elastase) , 這些酶對不同胺基酸殘基組成的肽鍵有一定的專一性。胰蛋白酶水解由鹼性胺基酸殘基組成的肽鍵，胰凝乳蛋白酶水解由芳香族胺基酸殘基組成的肽鍵，而彈性蛋白酶主要水解由脂肪族胺基酸殘基組成的肽鍵。外肽酶主要包括羧肽酶和氨肽酶。胰液中的外肽酶主要是羧肽酶，又可分為羧肽酶A(carboxyl peptidase A)和羧肽酶B(carboxyl peptidase B) , 它們自肽鏈的羧基末端開始，每次水解脫去一個胺基酸。羧肽酶A和羧肽酶B對不同胺基酸殘基組成的肽鍵也有一定的專一性，前者主要水解除脯氨酸、精氨酸、賴氨酸以外的多種胺基酸殘基組成的末端肽鍵，而後者主要水解由鹼性胺基酸殘基組成的末端肽鍵。
內肽酶和羧肽酶都是以酶原的形式由胰腺細胞分泌，進入十二指腸後被激活。胰蛋白酶原由腸激酶(enterokinase)激活。腸激酶是十二指腸黏膜細胞分泌的一種蛋白水解酶，能特異地作用於胰蛋白酶原，從其氨基末端水解掉1分子的六肽，生成有活性的胰蛋白酶。然後胰蛋白酶又將胰凝乳蛋白酶原（又稱為糜蛋白酶原）、彈性蛋白酶原和羧肽酶原激活。胰蛋白酶的自身激活作用較弱。由於胰液中各種蛋白酶均以酶原的形式存在，同時胰液中又存在胰蛋白酶抑制劑，可以保護胰腺組織免受蛋白酶的自身消化。
蛋白質經胃液和胰液中蛋白酶的消化，產物中約有1/3為胺基酸，其餘2/3為寡肽。寡肽的水解主要在小腸黏膜細胞內進行。小腸黏膜細胞內存在兩種寡肽酶(oligopeptidase) , 即氨肽酶(aminopeptidase)和二肽酶(dipeptidase)。氨肽酶從氨基末端逐步水解寡肽獲得胺基酸，直至生成二肽，二肽再經二肽酶水解，最終生成胺基酸。

胺基酸和寡肽通過主動轉運機制被吸收

食物蛋白質被消化成胺基酸和寡肽後，主要在小腸通過主動轉運機制被吸收。小腸黏膜細胞膜上存在轉運胺基酸和寡肽的載體蛋白(carrier protein) , 能與胺基酸或寡肽以及Na⁺形成三聯體，將胺基酸或寡肽和Na⁺轉運入細胞，之後Na⁺藉助鈉泵被排出細胞外，此過程需要消耗ATP。由於胺基酸結構的差異，轉運胺基酸或寡肽的載體蛋白也不相同。目前已知體內至少有7種載體蛋白參與氨基酸和寡肽的吸收。這些載體蛋白又被稱為轉運蛋白(transporter), 包括中性胺基酸轉運蛋白、酸性胺基酸轉運蛋白、鹼性胺基酸轉運蛋白、亞胺基酸轉運蛋白、β-胺基酸轉運蛋白、二肽轉運蛋白及三肽轉運蛋白。當某些胺基酸共用同一載體時，由於在結構上有一定的相似性，這些胺基酸在吸收過程中將彼此競爭。胺基酸通過轉運蛋白的吸收過程不僅存在於小腸黏膜細胞，也存在於腎小管細胞和肌細胞等細胞膜上。

未消化吸收的蛋白質在結腸下段發生腐敗

食物中的蛋白質絕大部分都被徹底消化並吸收。未被消化的蛋白質及未被吸收的消化產物在結腸下部受到腸道細菌的分解，稱為蛋白質的腐敗作用(putrefaction)。實際上，腐敗作用是腸道細菌本身的代謝過程，以無氧分解為主。腐敗作用的某些產物對人體具有一定的營養作用，如維生素及脂肪酸等。但大多數產物對人體是有害的，例如胺類(amine)、氨(ammonia)、酚類(phenol)、吲哚(indole)及硫化氫等。生成的腐敗產物主要隨糞便排出體外，也有少量經門靜脈吸收進入體內，大多在肝經過生物轉化作用後排出體外。

腸道細菌通過脫羧基作用產生胺類 未被消化的蛋白質經腸道細菌蛋白酶的作用可水解生成胺基酸，然後在細菌胺基酸脫羧酶的作用下胺基酸脫去羧基生成胺類物質。例如組氨酸、賴氨酸、色氨酸、酪氨酸及苯丙氨酸通過脫羧基作用分別生成組胺、屍胺、色胺、酪胺及苯乙胺。這些腐敗產物大多具有毒性，如組胺和屍胺具有降低血壓的作用，酪胺具有升高血壓的作用。這些毒性物質如果經門靜脈進入體內，通常經肝代謝轉化為無毒形式排出體外。但在肝功能受損時，酪胺和苯乙胺不能在肝內及時轉化，極易進入腦組織，經β-羥化酶作用，分別轉化為β-羥酪胺和苯乙醇胺。因其結構類似於兒茶酚胺，故被稱為假神經遞質(false neurotransmitter)。假神經遞質增多時，可競爭性地干擾兒茶酚胺的正常功能，阻礙神經衝動傳遞，使大腦發生異常抑制，這可能是肝性腦病發生的原因之一。
腸道細菌通過脫氨基作用產生氨 未被吸收的胺基酸在腸道細菌的作用下，通過脫氨基作用可以生成氨，這是腸道氨的重要來源之一。另一來源是血液中的尿素滲入腸道，經腸菌尿素酶的水解而生成氨。這些氨均可被吸收進入血液最終在肝中合成尿素。降低腸道的pH,可減少氨的吸收。
腐敗作用產生其他有害物質 除了胺類和氨以外，蛋白質的腐敗作用還可產生其他有害物質，例如苯酚、吲哚、甲基吲哚及硫化氫等。

正常情況下，上述有害物質大部分隨糞便排出，只有小部分被吸收，並經肝的代謝轉變消除毒性，故不會發生中毒現象。