Về phương diện nhiệt động học, sự hịa tan tương ứng với một sự phân li đơng thời các phân tử protein và các phân tử dung mơi. Tiếp theo đĩ là sự phân tán các phân tử protein vào dung mơi để cĩ một bề mặt tiếp xúc liên pha giữa protein và dung mơi là tối đa. Như vậy, để hịa tan được, một phân tử protein phải tiếp xúc với rất nhiều phân tử dung mơi. Sự hịa tan của protein phụ thuộc vào pH, lực ion, kiểu dung mơi và nhiệt độ.
Khi pH cao hơn điểm đẳng điện, protein sẽ tích điện âm và ngược lại khi pH thấp hơn điểm đẳng điện, protein sẽ tích điện dương. Khi đĩ, các phân tử nước sẽ kết hợp với các phần mang điện này và làm cho protein hịa tan. Đồng thời, các protein mang điện tích cùng dấu sẽ đẩy nhau làm cho chúng tự phân li, tự giãn mạch dễ dàng hơn và khơng thể gắn kết lại với nhau được.
Các ion muối thấp hoặc trung tính (0.5 – 1M) sẽ tác dụng với các phần tích điện của protein, do vậy sẽ làm giảm lực hút tĩnh điện giữa các nhĩm tích điện ngược dấu đứng cạnh nhau, làm tăng khả năng solvat hĩa, do đĩ làm tăng tính hịa tan của protein. Ngược lại, ở nồng độ muối cao trên 1M sẽ gây ra sự cạnh tranh liên kết của các ion muối và phân tử protein với nước. Kết quả là các phân tử nước khơng đủ để solvat hĩa protein vì chúng đã liên kết với muối. Khi đĩ, liên kết protein – nước yếu hơn rất nhiều so với liên kết protein – protein, vì vậy protein sẽ tập hợp lại và kết tủa.
Độ hịa tan của protein tăng khi nhiệt độ tăng từ 0 đến 50oC. Ở nhiệt độ cao hơn 50 oC, chuyển động nhiệt giữa các phân tử đủ lờn để phá vỡ các liên kết vốn làm bền các cấu trúc bậc 2 và bậc 3 của protein, do đĩ làm protein bị tập hợp lại.
Dựa vào các cơ sở trên đây, chúng ta cĩ các phương pháp thu hồi protein như sau :