Nas superfícies das proteínas estão resíduos de aminoácidos que interagem com a água. Os aminoácidos são referidos como aminoácidos hidrofílicos e incluem arginina, lisina, ácido aspártico, e ácido glutâmico. No pH 7 as cadeias laterais destes aminoácidos carregam cargas-positivas para arginina e lisina, negativas
para ácido aspártico e ácido glutâmico. À medida que o pH aumenta, a lisina e a arginina começam a perder a sua carga positiva, e a pHs superiores a cerca de 12 são principalmente neutros. Em contrapartida, à medida que o pH diminui, o ácido aspártico e o ácido glutâmico começam a perder as suas cargas negativas, e a pHs inferiores a 4 são principalmente neutros.
A superfície de uma proteína tem uma carga líquida que depende do número e identidades dos aminoácidos carregados, e do pH. A um pH específico, as cargas positivas e negativas se equilibrarão e a carga líquida será zero. Este pH é chamado de ponto isoelétrico, e para a maioria das proteínas ocorre na faixa de pH de 5,5 a 8. Uma proteína tem sua solubilidade mais baixa em seu ponto isoelétrico. Se houver uma carga na superfície da proteína, a proteína prefere interagir com água, ao invés de interagir com outras moléculas protéicas. Esta carga a torna mais solúvel. Sem uma carga líquida, as interações proteína-proteína e precipitação são mais prováveis.
A solubilidade das proteínas no sangue requer um pH na faixa de 7,35 a 7,45. O sistema tampão do sangue de bicarbonato ácido carbônico (HCO 3 – + H + ↔ H 2 CO 3 ), no qual o bicarbonato está em excesso do ácido carbônico, ajuda a manter o pH correto. A exalação de dióxido de carbono dos pulmões faz com que alguns dos íons de bicarbonato no sangue se combinem com prótons, e isso elevaria o pH. Entretanto, como há um excesso de íons de bicarbonato e prótons, a perda de um pequeno número de prótons não influencia significativamente o pH.
As proteínas das misturas proteicas podem ser separadas usando uma técnica conhecida como focalização isoelétrica. Uma mistura é colocada num gel de poliacrilamida que tem um gradiente de pH. Um ânodo (eletrodo positivo) e um cátodo (eletrodo negativo) são posicionados nas extremidades baixa e alta do gradiente de pH, respectivamente. Se uma proteína estiver localizada na região de pH alto, ela será carregada negativamente e se moverá em direção ao ânodo. Conforme a proteína se move para uma região de pH mais baixo, sua carga superficial se tornará menos negativa, e uma região de pH será alcançada na qual a carga líquida de proteína é zero (o ponto isoelétrico). A proteína vai parar de se mover e, como proteínas diferentes têm pontos isoelétricos diferentes, a separação pode ser alcançada.