Sữa có chứa hàng trăm loại protein nhưng hầu hết trong số này chỉ chiếm một lượng rất nhỏ. Protein có thể được phân loại theo nhiều cách dựa vào tính chất hóa học hay vật lý, và chức năng sinh học của chúng. Thông thường, người ta phân loại protein sữa thành casein( không hòa tan) , whey protein( hòa tan ) và các protein thiểu số. Protein nằm ở bề mặt của giọt chất béo và các enzyme thì thuộc vào nhóm protein thiểu số. Người ta phân biệt ba nhóm protein chính của sữa dựa trên những biểu hiện và hình thức tồn tại rất khác nhau. Casein rất dễ kết tủa khỏi sữa chủ yếu do men dịch vị hay ở độ pH thấp, trong khi protein huyết thanh luôn hòa tan trong dung dịch. Những protein huyết thanh thể cầu biến tính khi tăng nhiệt vừa phải, trong khi casein lại khá bền nhiệt. Đúng như tên gọi, các protein màng của giọt chất béo kết dính với bề mặt của giọt chất béo và chỉ bị giải phóng bằng tác động cơ học, ví dụ như đánh kem thành bơ.