通常可采用細胞或組織中的全蛋白質(zhì)組分進行蛋白質(zhì)組分析。也可以進行樣品預分級，即采用各種方法將細胞或組織中的全體蛋白質(zhì)分成幾部分，分別進行蛋白質(zhì)組研究。樣品預分級的主要方法包括根據(jù)蛋白質(zhì)溶解性和蛋白質(zhì)在細胞中不同的細胞器定位進行分級，如專門分離出細胞核、線粒體或高爾基體等細胞器的蛋白質(zhì)成分。樣品預分級不僅可以提高低豐度蛋白質(zhì)的上樣量和檢測，還可以針對某一細胞器的蛋白質(zhì)組進行研究。

對臨床組織樣本進行研究，尋找疾病標記，是蛋白質(zhì)組研究的重要方向之一。但臨床樣本都是各種細胞或組織混雜，而且狀態(tài)不一。如腫瘤組織中，發(fā)生癌變的往往是上皮類細胞，而這類細胞在腫瘤中總是與血管、基質(zhì)細胞等混雜。所以，常規(guī)采用的癌和癌旁組織或腫瘤與正常組織進行差異比較，實際上是多種細胞甚至組織蛋白質(zhì)組混合物的比較。而蛋白質(zhì)組研究需要的通常是單一的細胞類型。最近在組織水平上的蛋白質(zhì)組樣品制備方面也有新的進展，如采用激光捕獲微解剖(Laser Capture Microdissection, LCM) 方法分離癌變上皮類細胞。

利用蛋白質(zhì)的等電點和分子量通過雙向凝膠電泳的方法將各種蛋白質(zhì)區(qū)分開來是一種很有效的手段。它在蛋白質(zhì)組分離技術(shù)中起到了關(guān)鍵作用。如何提高雙向凝膠電泳的分離容量、靈敏度和分辨率以及對蛋白質(zhì)差異表達的準確檢測是目前雙向凝膠電泳技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。國外的主要趨勢有第一維電泳采用窄pH梯度膠分離以及開發(fā)與雙向凝膠電泳相結(jié)合的高靈敏度蛋白質(zhì)染色技術(shù)，如新型的熒光染色技術(shù)。

質(zhì)譜技術(shù)是目前蛋白質(zhì)組研究中發(fā)展最快，也最具活力和潛力的技術(shù)。它通過測定蛋白質(zhì)的質(zhì)量來判別蛋白質(zhì)的種類。當前蛋白質(zhì)組研究的核心技術(shù)就是雙向凝膠電泳－質(zhì)譜技術(shù)，即通過雙向凝膠電泳將蛋白質(zhì)分離，然后利用質(zhì)譜對蛋白質(zhì)逐一進行鑒定。對于蛋白質(zhì)鑒定而言，高通量、高靈敏度和高精度是三個關(guān)鍵指標。一般的質(zhì)譜技術(shù)難以將三者合一，而最近發(fā)展的質(zhì)譜技術(shù)可以同時達到以上三個要求，從而實現(xiàn)對蛋白質(zhì)準確和大規(guī)模的鑒定。