酶的分子结构是酶催化功能的物质基础，酶催化反应的高效性、专一性和可调节性都是由酶的分子结构决定的。酶的催化活性不仅与酶分子的一级结构有关，还与它的高级结构相关。酶催化反应所表现出的高效性和专一性的特点，就是由酶的结构和活性中心的特殊结构和性质所决定的。

对于酶蛋白来说，蛋白质多肽链中的氨基酸残基的组成和排列顺序是酶蛋白的一级结构。酶的一级结构是酶的基本化学结构，是催化功能的基础。酶蛋白在一级结构的基础上进一步盘旋折叠，形成具有催化活性的空间结构，称为酶的高级结构。它是酶发挥生物催化功能的基础，决定了酶的催化活性和机制。

酶分子中氨基酸残基的侧链有不同的化学组成，其中存在有许多功能基团，例如，—NH₂、—COOH、—SH、—OH等。这些功能基团中有一些与酶的活性密切相关，称为酶的必需基团（essential group）。这些必需基团在一级结构上可能相距很远，但在空间结构上彼此靠近，集中在一起形成具有一定空间结构的区域，该区域能与底物特异性结合并将底物转化为产物，这一区域称为酶的活性中心（active center）或活性部位（active site）。酶的活性中心包括两部分，其一是底物结合部位，其二是催化部位。对于结合酶来说，辅酶或辅基上的一部分结构往往是活性中心的组成部分。活性中心的空间结构由整个酶蛋白结构所决定，破坏了酶蛋白的整个结构，必然破坏酶的活性中心，酶的催化活性也就丧失。酶分子中还存在着一些可以与其他分子发生某种程度结合的部位，从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制作用，这一区域称为酶的调控部位。(www.daowen.com)

对酶结构的研究表明，酶的活性中心的空间构象不是刚性的，在与底物接触时表现出一定的柔性和运动性。当酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互形变和相互适应，进而相互结合。底物分子结合到酶的活性中心，一方面底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，有利于提高反应速度；另一方面，由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作用，使底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定向定位，使酶促反应具有高效率和专一性的特点。埃米尔·费歇尔提出的“锁钥学说”和丹尼尔·E.科什兰提出的“诱导契合学说”较好地解释了酶的高度专一性的作用机制。

随着各种光谱技术和结构生物学的快速发展，X射线衍射（X-ray）、核磁共振（solution NMR）和冷冻电子显微镜生物大分子三维重构技术（cryo-electron microscopy）等已广泛应用于蛋白质空间结构的解析。近年来，一些新技术如纤维衍射（fiber diffraction）和中子衍射（neutron diffraction）也相继开发出来并成功应用于蛋白质结构的解析。截至2018年4月，在蛋白质数据库（Protein Data Bank，PDB）中已经公布了63385条酶结构信息（http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do）。这些结构数据为研究酶的催化机制及实现酶的理性改造提供了理论依据。