Ubikvitinacija je proces vezivanja ubikvitina, malog, funkcionalnog regulatornog proteina, na drugu ciljanu molekulu. Poput fosforilacije, ubikvitinacija može dodati mjesta aktivnosti molekuli ili promijeniti ulogu te molekule u tijelu, iako je najčešća povezanost znanstvenika s ovim procesom da označava ciljane proteine za razgradnju. Nakon što je molekula više puta prošla proces ubikvitinacije, ta se molekula zatim označava za probavu kroz proteasom. Ubikvitinacija pomaže organizmu da prati korištenje molekule tako da je vjerojatnije da će se molekula probaviti kada je u cirkulaciji dulje vrijeme.
Ubikvitin se veže na lizinske skupine ciljnih proteina kroz aktivnost ubikvitin ligaze (E3) i enzima koji konjugira ubikvitin (E2). Ovi proteini olakšavaju aktivaciju i prianjanje ubikvitina bilo izravno na ciljni protein ili na druge proteine ubikvitina koji su već vezani za ciljni protein. Neki proteini su ubikinirani samo jednom, stvarajući dodatnu funkcionalnu skupinu na mjestu lizina. Neki enzimi su sposobni vezati se s ubikvitinom, tako da jedan slučaj ubikvitinacije na proteinu ne znači nužno da se on razgradi kroz proteasomski put. Umjesto toga, funkciju ciljnog proteina može promijeniti jedan adherent ubikvitina zbog dodavanja nove funkcionalne skupine ili enzimskog veznog mjesta.
Kada se lanac od više od jedne molekule ubikvitina veže na isti ciljni protein, bilo da je lanac vezan masovno ili vezan kroz više faza jednog slučaja ubikvitinacije, kaže se da je taj protein poliubikviniran. Lanci poliubikvitinacije nemaju nikakvu poznatu svrhu, osim za označavanje ciljnih proteina za razgradnju. Pojedinačni slučajevi ubikvitinacije na različitim dijelovima iste molekule ne tvore poliubikvitinacijske lance i ne označavaju nužno ciljni protein za probavu kroz proteasom.
Ubikvitin se nalazi u gotovo svim tkivima eukariotskih organizama i može se naći označen s gotovo bilo kojim proteinom, pa mu je dato ime koje slobodno znači “protein koji je posvuda”. Može se označiti na bilo koji protein koji sadrži dostupnu lizinsku skupinu. Evolucijski je korisno za sve stanice eukariotskih organizama da iskoriste prednosti procesa ubikvitinacije jer uklanja oštećene, istrošene ili nefunkcionalne proteine iz cirkulacije prije nego što proteini u potpunosti prestanu funkcionirati. Sustav koji preventivno uklanja proteine iz upotrebe i označava ih za recikliranje proteina, održava stanice zdravim na individualnoj staničnoj osnovi, pružajući razlog za evolucijsko očuvanje i sveprisutnost ovog procesa.