Ως α-αμινοξέα ορίζονται τα καρβοξυλικά οξέα που περιέχουν μία αμινομάδα σε α-θέση ως προς το καρβοξύλιο. Στον α-άτομο άνθρακα συνδέονται μία αμινομάδα (-NH2), μία καρβοξυλομάδα (-COOH), ένα υδρογόνο και μια πλευρική αλυσίδα (-R).
Στο νερό και συγκεκριμένα σε τιμές pH όπως αυτή του κυττάρου (περίπου 7,4) η όξινη καρβοξυλομάδα -COOH ιονίζεται προς -CΟΟ- + Η+ και η βασική αμινομάδα προσλαμβάνει το πρωτόνιο (Η+) και πρωτονιώνεται προς -ΝΗ3+. Έτσι, τα αμινοξέα στο νερό απαντώνται ως διπολικά ιόντα (zwitterions).
Οι ιδιότητες κάθε αμινοξέος καθορίζονται από την πλευρική αλυσίδα R, η οποία μπορεί να ποικίλει στο μέγεθος, τη μορφή, το φορτίο, την δραστικότητα και την ικανότητα για ασθενείς αλληλεπιδράσεις, δισουλφιδικούς δεσμούς και στο σχηματισμό γεφυρών αλάτων.