Táto štruktúra hovorí o priestorovom usporiadaní jednotlivých reťazcov alebo ich úsekov. Určujú ich najmä vodíkové väzby medzi – CO-skupinami a – NH-skupinami susedných peptidových reťazcov. Sekundárna štruktúra môže byť v týchto formách:
alfa hélixe (α hélix),
beta štruktúra (β skladaný list),
beta ohyb (β štruktúra v rámci jedného reťazca).
Polypeptidový reťazec usporiadaný do alfa hélixu (A), schematické znázornenie alfa hélixu (B) a (C). Polypeptidový reťazec usporiadaný do alfa hélixu (A), schematické znázornenie alfa hélixu (B) a (C).