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(一) 氨基酸的兼性离子形式
过去曾长期认为，氨基酸在晶体甚至在水溶液中是以不解离的中性分子形式 $H_{2}NCHCOOH$ 存在的。后来发现氨基酸晶体的熔点很高，一般在 $200^{\circ}C$ 以上，例如甘氨酸在 $233^{\circ}C$ 熔解并分解；L-酪氨酸的熔点更高，$344^{\circ}C$；但是普通的有机化合物如二苯胺（diphenylamine），熔点为 $53^{\circ}C$。此外还发现氨基酸能使水的介电常数（dielectric constant）增高，而一般的有机化合物如乙醇、丙酮等却使水的介电常数降低。如果氨基酸在晶体或水中主要是以兼性离子（zwitterion）亦称偶极离子（dipolar ion）的形式存在：
$\smiles{[NH3+]C(*)(C(=O)[O-])}$
不带电的中性分子为极微少，那么上述的两个事实就很容易解释。也就是说氨基晶体是由离子晶格组成的，微观氮化钠晶体一样，维持晶体中原子的作用力是强大的库样电荷之间的静电吸引。这跟离子晶体一般的一般的有机化合物晶体是由分子晶格组成的，分子晶格中质点的堆垒是靠范德华力（van der Waals force），这种力比静电吸引力要弱得多，因为它们的偶极矩。介电常数与分子的极性结构有关，极性分子的介电常数高，非极性的分子的介电常数低。显然，偶极矩强形式的氨基酸是强极性的物质，这样自然就增大了水的介电常数。在20℃，水的介电常数为80，而1mol/L浓度的α-氨基酸水溶液，其介电常数为102～108。
（二）氨基酸的解离
依照 Brönsted-Lowry 的酸碱质子理论，酸是质子$\left(\mathrm{H}^{+}\right)^{*}$的供体（donor），碱是质子的受体或接纳体（acceptor）。酸碱的相互关系如下：
$HA\rightleftharpoons A + H^+$
酸 碱 质子
这里原始的酸(HA)和生成的碱(A⁻)被称为共轭酸-碱对。酸和碱有同一性，互为存在条件；在一条件下，又各向着和自己相反的方面转化：这一理论是符合辩证法的。
根据这一理论,氨基酸在水中的偶极离子既起酸(质子供体)的作用:
$\smiles{[NH3+]C()(C(=O)[O-])}$ $\rightleftharpoons$ ${NC()(C(=O)[O-]).[H+]}$
也起碱(质子受体)的作用:
$\smiles{[NH3+]C()(C(=O)[O-]).[H+]}$ $\rightleftharpoons$ ${[NH3+]C()(C(=O)O)}$
因此是一类两性电解质。
氨基酸完全质子化时,可以看成是多元酸,侧链不解离的中性氨基酸可看作二元酸,酸性氨基酸和碱性氨基酸可视为三元酸。现以甘氨酸为例,说明氨基酸的解离情况。甘氨酸盐酸盐是完全质子化的氨基酸,实质上是一个二元酸。它分部解离如下:
· H'在水系统中更确切的应写为$H_{2}O'$，本书为简便计，以H代替$H_{2}O^{}$。