אורגניזם יכול להכיל אלפי חלבונים שונים, וחלבונים אלה חייבים לשתף פעולה כדי להבטיח את בריאותו של אורגניזם. חלבונים נקשרים לחלבונים אחרים ויוצרים קומפלקסים כדי לבצע את תפקידיהם. חלבונים רבים מתקשרים עם חלבונים רבים אחרים ויוצרים רשת מורכבת של אינטראקציות חלבוניות.

אינטראקציות אלה יכולות להיות מיוצגות באמצעות מפות המתארות רשתות אינטראקציה חלבון-חלבון, המיוצגות כצמתים וקצוות. צמתים הם מעגלים המייצגים חלבון, וקצוות הם קווים המחברים בין שני חלבונים המקיימים אינטראקציה. רשתות אלה מספקות דרך להמחיש את המורכבות של אינטראקציות חלבון-חלבון במערכת. מפות אלה יכולות לכלול הן אינטראקציות יציבות, כמו אלה שנוצרו בקומפלקסים חלבוניים, כמו גם אינטראקציות חולפות. אינטראקציות החלבונים המתרחשות בתא, אורגניזם או הקשר ביולוגי מסוים יכולות להיקרא באופן קולקטיבי "אינטראקטום".

ניתן לחקור רשתות חלבונים בשיטות ביוכימיות וחישוביות שונות. אחד הצעדים הראשונים בחקר אינטראקציות חלבונים הוא לבודד חלבון מעניין יחד עם חלבונים קשורים אחרים. זה יכול להתבצע על ידי תיוג החלבון של עניין עם תג אהדה, כגון תג היסטידין. לאחר מכן ניתן להשתמש בתג זה כדי להפריד את החלבון יחד עם החלבונים האחרים באמצעות כרומטוגרפיית זיקה. חלבונים מבודדים מתעכלים לאחר מכן באמצעות פרוטאז, כגון טריפסין, ולאחר מכן מנותחים באמצעות ספקטרומטריית מסה כרומטוגרפית נוזלית (LC-MS). לאחר מכן ניתן להשוות את מסת הפפטיד למסד נתונים עם רצפי חלבונים ידועים כדי לקבוע את זהותה.

באופן חישובי, אינטראקציות חלבון-חלבון ניתן לנתח באמצעות מסדי נתונים, כמו גם כלי חיזוי. ישנם מסדי נתונים שונים, כגון IntAct המנוהל על ידי EMBL-EBI, המורכבים מאינטראקציות חלבון מאומתות וחזויות בניסוי. כלים אחרים כמו STRING של המכון השוויצרי לביואינפורמטיקה יכולים לשמש לחיזוי רשתות אינטראקציה אלה.

חקר רשתות חלבונים יכול להוביל לתגליות מדעיות, כגון קביעת תפקודו של חלבון לא ידוע. בחינת השינויים ברשתות אלה יכולה לסייע בהבהרת ההבדלים בין תאים בריאים לחולים. מידע זה יכול לשמש גם ליישומים חיוניים כגון תכנון תרופות לטיפול במחלות. ניתוח של רשתות חלבונים יכול לזהות צמתים מחוברים מאוד שעשויים להיות חיוניים להישרדות התא, אשר יכולים להיות ממוקדים בסרטן ובמחלות שבהן מוות תאי הוא רצוי, אבל לא יהיה מתאים לרוב המחלות. מצד שני, צמתים פחות מחוברים שמתקשרים רק עם כמה מסלולים ספציפיים עשויים להיות ממוקדים אם תפקוד תא מסוים מושפע, ותכנון תרופות שמתקשרות עם הצמתים הפחות מחוברים האלה עשוי להוביל לפחות תופעות לוואי.