Gdy suche białka są narażone na działanie powietrza o wysokiej zawartości wody, szybko wiążą wodę do maksymalnej ilości, która różni się dla różnych białek, zwykle jest to 10 do 20 procent masy białka. Grupy hydrofilowe w białku to przede wszystkim dodatnio naładowane grupy w łańcuchach bocznych lizyny i argininy oraz ujemnie naładowane grupy kwasu asparaginowego i glutaminowego. Hydratacja (tj. wiązanie wody) może również wystąpić przy grupach hydroksylowych (-OH) seryny i treoniny lub przy grupach amidowych (-CONH2) asparaginy i glutaminy.
Wiązanie cząsteczek wody z grupami naładowanymi lub polarnymi (częściowo naładowanymi) jest wyjaśnione przez dipolarną strukturę cząsteczki wody; to znaczy, że dwa dodatnio naładowane atomy wodoru tworzą kąt około 105°, z ujemnie naładowanym atomem tlenu w wierzchołku. Środek ładunku dodatniego znajduje się pomiędzy dwoma atomami wodoru; środek ładunku ujemnego atomu tlenu znajduje się w wierzchołku kąta. Biegun ujemny dipolarnej cząsteczki wody wiąże się z grupami naładowanymi dodatnio; biegun dodatni wiąże się z grupami naładowanymi ujemnie. Ujemny biegun cząsteczki wody wiąże się również z grupami hydroksylowymi i aminowymi białka.
Woda hydratacyjna jest niezbędna do budowy kryształów białek; gdy ulegną one całkowitemu odwodnieniu, struktura krystaliczna rozpada się. W niektórych białkach procesowi temu towarzyszy denaturacja i utrata funkcji biologicznej.
W roztworach wodnych białka wiążą niektóre cząsteczki wody bardzo mocno; inne są albo bardzo luźno związane, albo tworzą wyspy cząsteczek wody między pętlami sfałdowanych łańcuchów peptydowych. Ponieważ uważa się, że cząsteczki wody w takiej wyspie są zorientowane jak w lodzie, który jest wodą krystaliczną, wyspy wody w białkach nazywane są górami lodowymi. Cz±steczki wody mog± również tworzyć mostki pomiędzy grupami karbonylowymi i iminowymi przylegaj±cych łańcuchów peptydowych, w wyniku czego powstaj± struktury podobne do tych z arkusza plisowanego, ale z cz±steczk± wody w miejscu wi±zań wodorowych tej konfiguracji. Stopień uwodnienia cząsteczek białek w roztworach wodnych jest ważny, ponieważ niektóre metody stosowane do określania masy cząsteczkowej białek dają masę cząsteczkową uwodnionego białka. Ilość wody związanej z jednym gramem białka kulistego w roztworze waha się od 0,2 do 0,5 grama. Znacznie większe ilości wody są mechanicznie unieruchomiony między wydłużonych łańcuchów peptydowych białek włóknistych, na przykład, jeden gram żelatyny może unieruchomić w temperaturze pokojowej 25 do 30 gramów wody.
Hydratacja białek jest konieczne dla ich rozpuszczalności w wodzie. Jeśli woda hydratacji białka rozpuszczonego w wodzie jest zmniejszona przez dodanie soli, takich jak siarczan amonu, białko nie jest już rozpuszczalny i jest zasolony, lub wytrącony. Proces wysalania jest odwracalny, ponieważ białko nie jest denaturowane (tj. nieodwracalnie przekształcane w nierozpuszczalny materiał) przez dodanie takich soli jak chlorek sodu, siarczan sodu lub siarczan amonu. Niektóre globuliny, zwane euglobulinami, są nierozpuszczalne w wodzie przy braku soli; ich nierozpuszczalność przypisuje się wzajemnemu oddziaływaniu grup polarnych na powierzchni sąsiadujących cząsteczek, procesowi, który powoduje tworzenie się dużych agregatów cząsteczek. Dodanie niewielkiej ilości soli powoduje, że euglobuliny stają się rozpuszczalne. Proces ten, zwany zasoleniem, wynika z połączenia anionów (jonów naładowanych ujemnie) i kationów (jonów naładowanych dodatnio) soli oraz dodatnio i ujemnie naładowanych łańcuchów bocznych euglobulin. Połączenie to zapobiega agregacji cząsteczek euglobulin poprzez zapobieganie tworzeniu się mostków solnych pomiędzy nimi. Dodanie większej ilości siarczanu sodu lub siarczanu amonu powoduje ponowne wysolenie i wytrącenie się euglobulin.
.