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  在翻譯過程中,每種tRNA分子都需要與相應的氨基酸結合,然後將這些氨基酸運送到核糖體進行蛋白質合成。這種結合是在一系列胺醯tRNA合成酶的作用下完成的,這些酶通過酯化反應將正確的氨基酸與對應的tRNA分子相連線。連線反應的第一步是在合成酶作用下,ATP分子和對應的氨基酸(或其前體)結合形成胺醯-AMP(腺苷酸),並釋放出無機焦磷酸(PP)。然後,酶與胺醯-AMP複合物再與正確的tRNA分子結合,催化氨基酸從胺醯-AMP轉移到tRNA的3'端最後一個鹼基的2'-或3'-羥基上。一些合成酶還具有校對功能以確保tRNA結合的正確性:如果tRNA被發現與錯誤的氨基酸相連線,那麼所形成胺醯tRNA會通過水解重新被開啟。

  胺醯tRNA合成酶所催化反應的反應式如下:  總反應式:氨基酸 + tRNA + ATP → 胺醯-tRNA + AMP + PPi  氨基酸是通過它們的羧基(-COOH)與腺苷上的羥基(-OH)連線。因此,連線反應是一個酯化反應。

  根據序列和活性位點的結構的不同,胺醯tRNA合成酶可以被分為兩大類:  無論胺醯基開始被連線到腺苷上的哪一個羥基上,最終都會連線到3'羥基上,因為2'-O-胺醯-tRNA會通過酯交換反應(transesterification)轉移到3'羥基上。

  兩類胺醯tRNA合成酶都是多結構域蛋白質。典型的情況下,一個胺醯tRNA合成酶是由一個催化結構域(以上反應發生的區域)和一個反密碼子結合結構域(與tRNA上的反密碼子作用的區域,來保證氨基酸結合到正確的tRNA分子上)。一些胺醯tRNA合成酶還具有RNA結合結構域和“編輯”結構域,負責將不正確連線的胺醯tRNA重新開啟。  同一型別中所有的胺醯tRNA合成酶的催化結構域都是同源的,但兩個型別(型別I和II)之間卻沒有同源關係。型別I的胺醯tRNA合成酶普遍具有Rossmann摺疊和反平行的β摺疊結構,而型別II的酶則具有不同的由反平行的β摺疊所形成的結構。

  同一專一性中多數胺醯tRNA合成酶在進化上的相關性比而不同專一性之間要高得多。然而,天冬醯胺醯tRNA合成酶(AsnRS)和谷胺醯胺醯tRNA合成酶(GlnRS)則分別相似於天冬胺醯tRNA合成酶(AspRS)和谷胺醯tRNA合成酶(GluRS)。大多數胺醯tRNA合成酶屬於型別I或II,而賴胺醯tRNA合成酶(LysRS)則具有兩個版本:一個屬於型別I,另一個屬於型別II。  多數胺醯tRNA合成酶的每一種都具有典型的進化分佈規律,即可以古菌、細菌和真核生物來分組,相應組別中的酶進化關係接近。
胺醯-tRNA合成酶(aminoacyl tRNA synthetase,通常簡寫為aaRS)是一類催化特定氨基酸或其前體與對應tRNA發生酯化反應而形成胺醯tRNA的酶。由於每一種的氨基酸與tRNA的連線都需要專一性的胺醯tRNA合成酶來催化,因此胺醯tRNA合成酶的種類與標準氨基酸的數量一樣都為20種。