轮状病毒总共有七种，分别以英文字母编号为A、B、C、D、E、F与G等。人类主要是受到轮状病毒A种、B种与C种的感染，而其中最常见的是轮状病毒A种的感染。而这七种轮状病毒都会在其他动物身上造成疾病。
在轮状病毒A种之中有不同的病毒株，称之为血清变异株（serovar）。与流行性感冒病毒类似，轮状病毒使用了双重的分类系统，这样分类法是依据这个病毒体表面的两个结构性蛋白质来作分类的。糖蛋白VP7定义了G型而对于蛋白酶敏感的蛋白质VP4则定义了P型（这些蛋白质的细节请见下文）。P型会以一个数字来标示出P血清型，并用方括号内部的一个数字来标示所对应的P基因型。G血清型的表示方法很类似，但是G基因型的数字会与G血清型的数字相同。举个例来说，“轮状病毒Wa病毒株”（rotavirus strain Wa）就会被标示成“P1A[8]G1”。因为这两个决定G型跟P型的基因可以被分开传送而产生后代，所以两基因不同的组合就会产生各种不同的病毒株。 有六个病毒蛋白质（viral protein，VP）架构了整个病毒颗粒（病毒体）。这些“结构性”的蛋白质分别被称为VP1、VP2、VP3、VP4、VP6与VP7。除了这些结构性蛋白质之外，还有六个非结构性蛋白质（nonstructural protein，NSP），这六个蛋白质仅仅在轮状病毒感染的细胞中制造，而没有构成病毒体的结构。这六个非结构性蛋白质分别称为NSP1、NSP2、NSP3、NSP4、NSP5与NSP6。
由轮状病毒基因组所编码的12个蛋白质中，至少6个会与核糖核酸结合。这些蛋白质在轮状病毒复制时所扮演的角色目前还没有完全被了解；它们的功用被认为有可能是与病毒体内核糖核酸的合成与包装相关，或是与将信使核糖核酸输送至基因体复制现场相关，或是与信使核糖核酸转译与基因表现调节相关。
结构性蛋白
VP1蛋白质位于病毒体核心，是一种核糖核酸聚合酶。在被感染的细胞中，这种酶会产生病毒蛋白质合成所需的信使核糖核酸转录复本，以及产生轮状病毒基因体核糖核酸片段拷贝来提供新产生的病毒体使用。
VP2蛋白质形成病毒体的核心层，并且结合核糖核酸基因体。
VP3蛋白质是病毒体内核的一部分，而且是一种称为鸟苷酸转移酶（guanylyl transferase）的酶。这种酶是一种加帽酶（Capping enzyme），也就是制作信使核糖核酸转录后修饰时候所用的5'端帽的酶。这个5'端帽保护病毒的信使核糖核酸免受核酸酶（以核酸为底物的水解酶）水解，使之能够保持稳定。
VP4蛋白质位于病毒体的表面，突出来而成为一个刺突（spike）。它连接细胞表面的受体分子，并且驱使病毒进入那个细胞。在病毒有传染性之前，VP4蛋白质会被一种可以在内脏发现的蛋白酶改变成VP5*蛋白质与VP8*蛋白质。VP4蛋白质决定了该病毒的毒性（Virulence），而它也决定了该病毒的P型。
VP6蛋白质形成壳体的体积。它是抗原性强的蛋白质，并且可以被用来分辨轮状病毒的种类。这个蛋白质被实验室用来进行轮状病毒A种感染症的各种测试上。
VP7蛋白质是一种建立病毒体外层表面的糖蛋白。扣除掉它在病毒结构上的功用之外，它也决定该病毒珠的G型。VP7蛋白质跟VP4蛋白质一样，都被免疫力（immunity）当作是防止感染的途径。
病毒的非结构性蛋白
NSP1蛋白质是第5号基因的产物，是一种非结构性蛋白质，而且也是核糖核酸结合蛋白质（RNA-binding protein）。
NSP2蛋白质是一种核糖核酸结合蛋白质，此种蛋白质会堆积于细胞质内含物（即病毒质，viroplasm）之中，并且是一种基因体复制时所需的蛋白质。
NSP3蛋白质受到感染细胞中的病毒信使核糖核酸影响，它负责停止细胞蛋白质合成的工作。
NSP4蛋白质是一种病毒性肠毒素（enterotoxin），会引起腹泻的症状。此蛋白质是首种发现的病毒性肠毒素。
NSP5蛋白质是由轮状病毒A种基因体第11号基因编码的产物。而在受病毒感染的细胞中，NSP5蛋白质堆积在病毒质中。
NSP6蛋白质是一个结合核酸的蛋白质，是由第11号基因于开放阅读框架阶段的编码产物。 轮状病毒的基因与蛋白质核糖核酸片段 （基因） 尺寸 （碱基对数） 蛋白质 分子量 （kDa） 所在位置 功用 1 3302 VP1 125 位于核心的顶点 核糖核酸依赖性的核糖核酸聚合酶（RdRp） 2 2690 VP2 102 形成核心的内壳 刺激病毒的核糖核酸复制酶 3 2591 VP3 88 位于核心的顶点 鸟苷酸转移酶，信使核糖核酸加帽酶 4 2362 VP4 87 表面刺突 细胞附着，毒性 5 1611 NSP1 59 非结构性 对于病毒成长非必须 6 1356 VP6 45 内壳体 结构性与物种特殊性的抗原 7 1104 NSP3 37 非结构性 强化病毒信使核糖核酸的活性，并停止受感染细胞的蛋白质合成 8 1059 NSP2 35 非结构性 包含在核糖核酸包装中的核苷三磷酸酶（NTPase） 9 1062 VP7 VP7 38 34 表面 结构性与中和抗原 10 751 NSP4 20 非结构性 肠毒素 11 667 NSP5 NSP6 22 非结构性 结合NSP2调节因子的单链核糖核酸与双链核糖核酸 该表的资料是基于感染类人猿的轮状病毒SA11病毒株所编写。 在不同的病毒株中，核糖核酸与蛋白质之间的编码预测会有所不同。 轮状病毒感染小肠绒毛（villi）的肠黏膜细胞，改变上皮组织的结构与功能。 轮状病毒的三重蛋白质外层使它们可以抵抗胃中的胃酸以及消化系统中的消化酶（digestive enzyme）。
病毒借由受体媒介的内吞作用进入细胞，并且形成一个称作核内体（endosome）的囊泡。轮状病毒第三层的蛋白质（即VP7与VP4刺突）会分解核内体的外膜，而创造一个钙浓度不同的外膜。这个改变导致了VP7蛋白质三聚体破裂为一个单一蛋白质的子单元，留下围绕在病毒双链核糖核酸外面的VP2与VP6蛋白质，形成双层构造的病毒颗粒（DLP）。
七条双链核糖核酸链依旧维持两层蛋白质层，并提供病毒核糖核酸依赖性的核糖核酸聚合酶（RNA replicase或RNA-dependent RNA polymerase，RdRp）创造双链病毒基因体的信使核糖核酸转录复本的保护。借由把病毒核糖核酸保持于病毒核心，病毒核糖核酸躲避了先天宿主的免疫反应。这个免疫反应称为核糖核酸干扰，会因为双链核糖核酸链的表现而触发。
在感染的过程中，轮状病毒产生信使核糖核酸来生物合成蛋白质并且进行基因复制。大部分的轮状病毒蛋白质都堆积在病毒质中，病毒质也是核糖核酸复制的地方，以及双层构造病毒颗粒组装的地方。病毒质于病毒感染细胞约两个小时之内就会快速地在细胞核周围形成，而组成所谓的“病毒工厂”，这个病毒工厂是由两个病毒非结构性蛋白质（NSP5与NSP2）所制成。NSP5蛋白质如果因为核糖核酸干扰而被压抑功能，会明显地减弱轮状病毒复制功能。新生的双层构造病毒颗粒则会移动到内质网，它们将在此处获得它们第三层外层（由VP7与VP4蛋白质所构成）。最后，这些后代病毒就会经由细胞裂解（lysis）释放到细胞之外。
