La suprafața proteinelor se află resturi de aminoacizi care interacționează cu apa. Acești aminoacizi sunt denumiți aminoacizi hidrofili și includ arginina, lizina, acidul aspartic și acidul glutamic. La pH 7, lanțurile laterale ale acestor aminoacizi poartă sarcini – pozitive pentru arginină și lizină, negative
pentru acidul aspartic și acidul glutamic. Pe măsură ce pH-ul crește, lizina și arginina încep să își piardă încărcătura pozitivă, iar la pH-uri mai mari de aproximativ 12, acestea sunt în principal neutre. În schimb, pe măsură ce pH-ul scade, acidul aspartic și acidul glutamic încep să își piardă sarcinile negative, iar la pH-uri mai mici de 4 sunt în principal neutre.
Suprafața unei proteine are o sarcină netă care depinde de numărul și identitatea aminoacizilor încărcați și de pH. La un anumit pH, sarcinile pozitive și negative se vor echilibra și sarcina netă va fi zero. Acest pH se numește punct izoelectric și, pentru majoritatea proteinelor, apare în intervalul de pH cuprins între 5,5 și 8. O proteină are cea mai mică solubilitate la punctul său izoelectric. În cazul în care există o sarcină la suprafața proteinei, proteina preferă să interacționeze cu apa, mai degrabă decât cu alte molecule de proteină. Această sarcină o face mai solubilă. Fără o sarcină netă, interacțiunile proteină-proteină și precipitarea sunt mai probabile.
Solubilitatea proteinelor în sânge necesită un pH cuprins între 7,35 și 7,45. Sistemul tampon bicarbonat-acid carbonic al sângelui (HCO 3 – + H + ↔ H 2 CO 3 ), în care bicarbonatul este în exces față de acidul carbonic, ajută la menținerea unui pH corect. Exhalarea dioxidului de carbon din plămâni face ca o parte din ionii de bicarbonat din sânge să se combine cu protoni, iar acest lucru ar duce la creșterea pH-ului. Cu toate acestea, deoarece există un exces de ioni bicarbonat și protoni, pierderea unui număr mic de protoni nu influențează pH-ul în mod semnificativ.
Proteinele din amestecurile de proteine pot fi separate folosind o tehnică cunoscută sub numele de focalizare izoelectrică. Un amestec este plasat într-un gel de poliacrilamidă care are un gradient de pH. Un anod (electrod pozitiv) și un catod (electrod negativ) sunt poziționate la capetele de jos și, respectiv, de sus ale gradientului de pH. Dacă o proteină se află în regiunea cu pH ridicat, aceasta va fi încărcată negativ și se va deplasa spre anod. Pe măsură ce proteina se deplasează către o regiune cu pH mai scăzut, sarcina sa de suprafață va deveni mai puțin negativă și se va ajunge la o regiune de pH la care sarcina netă a proteinei este zero (punctul izoelectric). Proteina se va opri din mișcare și, deoarece diferite proteine au puncte izoelectrice diferite, se poate realiza separarea.