蛋白质结构设计（protein structure design），理学-物理学-〔物理学与其他学科的交叉〕-分子生物物理学，预测、构造和设计可以稳定折叠到特定空间构象（也称为目标结构）的氨基酸序列的过程。蛋白质结构设计目的是设计具有新功能或新行为的蛋白质。通常把这一过程称为蛋白质逆折叠过程。蛋白质结构设计分为从头设计和基于已知蛋白质结构的改造。蛋白质稳定折叠态是其序列构象空间自由能极小的状态，因此蛋白质结构设计就是一个寻找满足折叠要求的理想氨基酸序列的最优化问题，使得所设计的目标结构就是其构象空间自由能极小的状态。所以蛋白质设计是结构预测的逆过程。蛋白质设计成功的关键牵涉两个问题：一是高效搜索巨大的分子构象空间；二是设计一个既准确又简单的评估函数，评估特定序列满足设计要求和蛋白质自身稳定性及动力学的要求。围绕构象搜索问题，提出了一些简化的方案，如利用已有天然结构作为模版来对构象空间进行重要性采样。对于从头设计就需要构建更大规模的参考结构集合，再进行有效筛选。在这一基础上，再对蛋白质的局域结构行搜索和优化。