Si parla di struttura quaternaria quando ci si riferisce all'organizzazione multimerica della proteina. Nella struttura quaternaria, le subunità sono tenute insieme da interazioni generalmente non covalenti, spesso di natura idrofobica. Raramente, più catene peptidiche sono unite da legami covalenti, come accade ad esempio nelle immunoglobuline, in cui le catene leggere e pesanti sono tenute insieme da ponti disolfuro. Altrettanto insolito è il coinvolgimento diretto di legami a ponte di idrogeno nell'associazione di più subunità. Nella struttura quaternaria infatti, le subunità tendono ad affiancarsi in modo da contrapporre l'una all'altra le loro porzioni idrofobiche, rivolgendo verso l'esterno le regioni polari idrofile. 