Ubikvitinacija yra ubikvitino, mažo, funkcinio reguliuojančio baltymo, prijungimo prie kitos tikslinės molekulės procesas. Kaip ir fosforilinimas, ubikvitinacija gali pridėti aktyvumo vietų prie molekulės arba pakeisti tos molekulės vaidmenį organizme, nors dažniausiai mokslininkai sieja su šiuo procesu, kad jis žymi tikslinius baltymus skaidymui. Po to, kai molekulė buvo ubikvitinacijos procese daugiau nei vieną kartą, ta molekulė pažymima virškinimui per proteasomą. Ubikvitinacija padeda organizmui sekti molekulės naudojimą, todėl yra didesnė tikimybė, kad molekulė bus virškinama, kai ji ilgą laiką buvo apyvartoje.
Ubiquitinas prisijungia prie tikslinių baltymų lizino grupių veikdamas ubikvitino ligazę (E3) ir ubikvitiną konjuguojantį fermentą (E2). Šie baltymai palengvina ubikvitino aktyvavimą ir prilipimą prie tikslinio baltymo arba prie kitų ubikvitino baltymų, kurie jau buvo prijungti prie tikslinio baltymo. Kai kurie baltymai ubikvinuojami tik vieną kartą, todėl lizino vietoje susidaro papildoma funkcinė grupė. Kai kurie fermentai gali jungtis su ubikvitinu, todėl vienas baltymo ubikvitinacijos atvejis nebūtinai reiškia, kad jis skaidosi proteasomų keliu. Atvirkščiai, tikslinio baltymo funkciją gali pakeisti vienas prilipęs ubikvitinas, nes pridedama nauja funkcinė grupė arba fermentinė surišimo vieta.
Kai daugiau nei vienos ubikvitino molekulės grandinė prisijungia prie to paties tikslinio baltymo, nesvarbu, ar grandinė yra prijungta masiškai, ar per kelias vieno ubikvitinacijos atvejo fazes, tas baltymas yra poliubikvinintas. Poliubikvitinacijos grandinės nenaudoja žinomo tikslo, išskyrus tikslinių baltymų žymėjimą skaidymui. Pavieniai ubikvitinacijos atvejai skirtingose tos pačios molekulės dalyse nesudaro poliubikvitinacijos grandinių ir nebūtinai žymi tikslinį baltymą virškinimui per proteasomą.
Ubikvitinas randamas beveik visuose eukariotinių organizmų audiniuose ir gali būti pažymėtas beveik bet kokiu baltymu, todėl jam suteiktas pavadinimas, kuris laisvai reiškia „baltymas, kuris yra visur“. Jis gali būti pažymėtas bet kokiu baltymu, kuriame yra turima lizino grupė. Visoms eukariotinių organizmų ląstelėms evoliuciniu požiūriu naudinga pasinaudoti ubikvitinacijos procesu, nes jis pašalina lūžtančius, susidėvėjusius ar nefunkcionuojančius baltymus iš apyvartos, kol baltymai visiškai nustoja funkcionuoti. Sistema, kuri prevenciškai pašalina baltymus nuo naudojimo ir žymi baltymus perdirbti, išlaiko ląsteles sveikas pagal individualias ląsteles, o tai yra šio proceso evoliucinio išsaugojimo ir visuotinumo priežastis.