Il processo di denaturazione delle proteine consiste nell'apertura della struttura ripiegata della catena di aminoacidi di cui è composta ogni proteina. Durante questo processo i legami tra gli aminoacidi rimangono intatti e la proteina semplicemente si distende, perdendo comunque la specifica funzione biologica per la quale era stata sintetizzata.

Le variazioni di pH e della temperatura possono determinare la denaturazione delle proteine. L'ambiente acido dello stomaco provoca la denaturazione della maggior parte delle molecole proteiche presenti nel materiale che si riversa nella cavità gastrica, ma non di tutte. Ogni proteina, infatti, raggiunge la conformazione adeguata al proprio ruolo funzionale ad uno specifico livello di pH. Al di sopra o al disotto di questo livello le proteine tendono a perdere la forma originaria e si denaturano. La maggior parte delle proteine del nostro organismo presentano una conformazione ottimale in corrispondenza di un pH leggermente basico. Per esempio, l'enzima amilasi salivare esplica la sua azione enzimatica sugli amidi ad un pH ottimale di 6.7. Appena questo enzima passa nell'ambiente acido dello stomaco (intorno a pH 2) perde la struttura originaria interrompendo la sua azione catalitica. Nel caso della pepsina il livello ottimale di pH corrisponde proprio al pH acido dello stomaco per cui, quando viene immessa nella cavità gastrica, la pepsina, non solo non si denatura, ma passa da una forma inattiva (pepsinogeno) ad una forma attiva (la pepsina) pronta per avviare la rottura dei legami peptidici. Nello stomaco, quindi, avviene solo la fase preparatoria della digestione delle proteine: queste si distendono favorendo l'azione della pepsina che comincerà a rompere le lunghe catene polipetidiche in catene più corte. In seguito, saranno gli enzimi proteolitici del duodeno a completare la rottura dei legami peptidici producendo singoli aminoacidi o catene di pochi aminoacidi pronti per essere assorbiti nel circolo sanguigno.