蛋白质凝胶的形成可以定义为蛋白质分子的聚集现象，在这种聚集过程中，吸引力和排斥力处于平衡，以至于形成能保持大量水分的高度有序的三维网络结构或基体。

如果吸引力占主导，则形成凝结物，水分从凝胶基体排除出来。如果排斥力占主导，便难以形成网络结构。蛋白质凝胶的类型主要决定于蛋白质分子的形状。由于凝胶过程是一个动态过程，也受外界环境的pH、离子强度及加热的温度和时间的影响。

纤维状蛋白质分子，如明胶和肌浆球蛋白凝胶的网络结构由随机的或螺旋结构的多肽链组成。明胶的凝胶网络为线性分子通过形成连接区而形成凝胶网络。科学家观测到肌浆球蛋白凝胶是由线性分子间形成连接点而构建成三维网络。

球蛋白的热凝胶是由仍保持球形结构的蛋白质分子尾聚集而形成的。家认为球蛋白形成两种类型的凝胶：高度定向有序的“念珠串状”网络结构和随机聚集的网络结构。“念珠串状”凝胶外观透明或半透明，大豆蛋白具有这种凝胶的网络结构。这种凝胶是在低离子强度和远离蛋白质等电点pI的条件下形成的。当环境的离子强度较高及pH接近等电点pI时，则形成随机聚集的凝胶。然而大多数球蛋白凝胶都具有这两种类型的凝胶网络，这决定于蛋白质的浓度、环境的pH与离子强度及加热的温度和时间。

蛋白质分子构象的变化是蛋白质分子聚集的先决条件，球蛋白更是如此。在串状网络结构中发现蛋白质分子仍保持球形构象。经典的球形蛋白质分子展开的“两种状态”理论，认为仅存住两种状态的蛋白质：未变性的蛋白质和高度变性的无序蛋白质一现在已经证明，存从无序状态向未变性状态展开的路径中明显存在一动态的中间体。已经发现相似的中间体状态存在于低pH(或高pH)的平衡条件下、适当浓度变性剂的条件下和高温度的条件下。这种中间体状态被称为“熔融球蛋白状态”，它被定义为含有与未变性状态相似的二结构而三结构展开的紧凑的球形分子。从受热时的未变性状态到熔融球蛋白的转变及这种部分变性的形式主要与热凝胶的形成有关。