蛋白质甲基化一般都是指精氨酸或赖氨酸在蛋白质序列中的甲基化。精氨酸可以是被甲基化一次（称为一甲基精氨酸），或是两次，可以是由胜肽精氨酸甲基转移酶催化成两个甲基同时在同一个氮端（即非对称性二甲基精氨酸）或是在每个氮端各有一个甲基（即对称性二甲基精氨酸）。赖氨酸可以由赖氨酸甲基转移酶催化一次、两次或三次的甲基化。蛋白质甲基化在组织蛋白中被广泛研究。甲基由S-腺苷基蛋氨酸转移至组织蛋白是由组织蛋白甲基转移酶所催化。甲基化的组织蛋白可以在表观遗传上压抑或活跃化基因表现。蛋白质甲基化是其中一种后翻译修饰。
