Precipitacija proteina je metoda koja se koristi za ekstrakciju i pročišćavanje proteina koji se drže u otopini. Velike, složene molekule, proteini općenito imaju dijelove koji imaju negativan električni naboj i dijelove koji imaju pozitivan naboj, kao i hidrofilne i hidrofobne dijelove. Postoji tendencija da se proteini u otopini skupljaju i talože zbog privlačenja između negativno i pozitivno nabijenih dijelova molekula i međusobnog privlačenja hidrofobnih dijelova. Suprotstavlja se ovoj tendenciji, međutim, činjenica da će se u vodenoj otopini molekule vode, koje su polarne, nastojati rasporediti oko proteinskih molekula zbog elektrostatičke privlačnosti između suprotno nabijenih dijelova vode i proteinskih molekula. To rezultira time da se proteinske molekule drže odvojeno i ostaju u otopini, ali postoje različite metode za postizanje precipitacije proteina.
Najčešće korištena metoda precipitacije proteina je dodavanjem otopine soli, tehnika koja se često naziva “soljenjem”. Sol koja se najčešće koristi je amonijev sulfat. Interakcija iona soli s molekulama vode uklanja vodenu barijeru između proteinskih molekula, dopuštajući hidrofobnim dijelovima proteina da dođu u kontakt. To rezultira agregacijom proteinskih molekula i precipitacijom iz otopine. U pravilu, što je veća molekularna masa proteina, to je niža koncentracija soli koja je potrebna da izazove taloženje, pa je moguće odvojiti mješavinu različitih proteina u otopini postupnim povećanjem koncentracije soli, tako da različiti proteini precipitiraju u različitim fazama, proces poznat kao frakcijska precipitacija.
Topljivost proteina u vodenom mediju može se smanjiti uvođenjem organskog otapala. To ima za posljedicu smanjenje dielektrične konstante, što se u ovom kontekstu može smatrati mjerom polariteta otapala. Smanjenje polariteta znači da postoji manja sklonost molekulama otapala da se grupišu oko proteina, tako da postoji manja vodena barijera između proteinskih molekula i veća sklonost taloženju proteina. Mnoga organska otapala stupaju u interakciju s hidrofobnim dijelovima proteinskih molekula, uzrokujući denaturizaciju; međutim, neki, kao što su etanol i dimetil sulfoksid (DMSO), nemaju.
Iako proteini mogu imati negativno i pozitivno nabijene dijelove, često, u otopini, oni će imati ukupni pozitivan ili negativan naboj koji varira ovisno o pH i drži ih razdvojenim putem elektrostatičkog odbijanja. U kiselim uvjetima, s niskim pH, proteini imaju tendenciju da imaju ukupni pozitivan naboj, dok je pri visokom pH naboj negativan. Proteini imaju međutočku u kojoj nema ukupnog naboja – to je poznato kao izoelektrična točka i za većinu proteina leži u rasponu pH 4-6. Izoelektrična točka za otopljeni protein može se postići dodavanjem kiseline, obično klorovodične ili sumporne kiseline, kako bi se pH smanjio na odgovarajuću razinu, omogućujući grupiranje i taloženje proteinskih molekula. Nedostatak ove metode je što kiseline imaju tendenciju denaturacije proteina, ali se često koristi za uklanjanje neželjenih proteina.
Druge metode precipitacije proteina uključuju neionske hidrofilne polimere i metalne ione. Prvi smanjuju količinu vode koja je dostupna kako bi se stvorila barijera između proteinskih molekula, dopuštajući im da se skupe i talože. Pozitivno nabijeni metalni ioni mogu se vezati s negativno nabijenim dijelovima proteinske molekule, smanjujući sklonost proteina da privuče sloj molekula vode oko sebe, opet dopuštajući molekulama proteina da međusobno djeluju i talože se iz otopine. Metalni ioni su učinkoviti čak iu vrlo razrijeđenim otopinama.