Baltymų virškinimas vyksta labai griežtu procesu; Tikslas yra suskaidyti baltymus į smulkesnius komponentus, vadinamus aminorūgštimis, kurios yra naudojamos atstatyti arba pakeisti pažeistus ar mirštančius organizmo baltymus po virškinimo. Yra devynios nepakeičiamos aminorūgštys, kurios dažnai vadinamos statybinėmis medžiagomis. Fizinis baltymų virškinimo veiksmas prasideda burnoje, kai baltymų turintis maistas sukramtomas į mažesnius gabalėlius. Cheminis baltymų virškinimo procesas prasideda, kai maistas patenka į skrandį, ir būtent ši proceso dalis leidžia baltymams suskaidyti į molekules, kurias organizmas gali panaudoti.
Kai maistas patenka į burną, jis fiziškai suskaidomas kramtant. Kai kurie maisto produktai, kuriuose yra daug virškinamų baltymų, yra mėsa, kiaušiniai, riešutai ir pieno produktai. Maistas burnoje susimaišo su seilėmis, o tai padeda jam nukeliauti stemple. Tarp stemplės ir skrandžio yra vožtuvas, vadinamas sfinkteriu, o kai maistas keliauja per tą vožtuvą, prasideda cheminis baltymų virškinimo procesas.
Cheminio baltymų virškinimo proceso metu druskos rūgštis kartu su fermentais, žinomais kaip pepsinai, susimaišo su baltymų molekulėmis ir suardo molekules kartu laikančius ryšius. Kai šie ryšiai nutrūksta, vykstant procesui, vadinamam hidrolizei, baltymai beveik tampa nepakeičiamomis aminorūgštimis, kurių reikia organizmui. Baltymų virškinimo procesas skrandyje gali užtrukti iki keturių valandų, tačiau yra įvairių veiksnių, kurie gali turėti įtakos jo trukmei.
Kai virškinimas skrandyje baigiamas, beveik suskaidyti baltymai per dvylikapirštę žarną patenka į plonąją žarną. Šiuo metu kasa užbaigia baltymų skaidymą, išskirdama fermentą, vadinamą tripsinu. Pasibaigus šiam galutiniam skilimui, aminorūgštys per plonosios žarnos sienelę juda į mažus kapiliarus. Suvirškintas baltymas arba aminorūgštys keliauja per kepenis prieš patekdamos į pagrindinę kraujotaką. Tada aminorūgštys keliauja per visą kūną į organus, kuriuos labiausiai reikia papildyti.
Jei organizme yra per daug baltymų ir jis negali būti virškinamas ir absorbuojamas į kraują, likusi dalis toliau tekės per storąją žarną ir keliauja per inkstus. Šiuo metu jis paverčiamas atliekų produktu, žinomu kaip karbamidas. Tada jis išsiskiria iš organizmo su šlapimu.