Phân tử kháng thể cấu tạo từ 4 chuỗi polypeptide, gồm hai chuỗi nặng và hai chuỗi nhẹ liên kết với nhau bởi các cầu nối disulfide. Một phần cấu trúc của các chuỗi là cố định nhưng phần đầu của hai "cánh tay" chữ Y lại biến đổi giữa các kháng thể khác nhau, để tạo nên các vị trí kết hợp có khả năng phản ứng đặc hiệu với các kháng nguyên tương ứng. Điều này tương tự như một enzyme tiếp xúc với cơ chất của nó. Có thể tạm so sánh sự đặc hiệu của phản ứng kháng thể-kháng nguyên với ổ khóa và chìa khóa.
Phân tử kháng thể của người chỉ có 2 loại chuỗi nhẹ là và ; trong khi có tới 5 loại chuỗi nặng là , ,, và . Chính sự khác nhau về chuỗi nặng làm cho các lớp kháng thể (isotype) có sự khác nhau về thuộc tính sinh học. Ngoài ra, cần chú ý là mỗi một phân tử kháng thể bao giờ cũng chỉ gồm 2 chuỗi nặng giống nhau và 2 chuỗi nhẹ giống nhau.
Hình 2.24.Cấu trúc 1 phân tử kháng thể
Các cầu nối disulfide trong phân tử kháng thể phân bố cách nhau tương đối đều (khoảng 100-110 amino acid), làm cho chuỗi polypeptide cuộn lại thành búi, gọi là domain. Các domain hằng định (constant) đặc trưng bởi các chuỗi amino acid khá giống nhau giữa các kháng thể. Domain hằng định của chuỗi nhẹ ký hiệu là CL. Các chuỗi nặng chứa 3 hoặc 4 domain hằng định, tùy theo lớp kháng thể CH1, CH2, CH3 và CH4. Các domain hằng định không có vai trò nhận diện kháng nguyên, chúng làm nhiệm vụ cầu nối với các tế bào miễn dịch cũng như các bổ thể. Do đó, phần "chân" của chữ Y còn được gọi là Fc (fragment cristallisable- phần hoạt động sinh học của kháng thể)
Các domain biến thiên (variable) nằm ở hai đầu "cánh tay" của chữ Y. Sự kết hợp giữa 1 domain biến thiên trên chuỗi nặng (VH) và 1 domain biến thiên trên
chuỗi nhẹ (VL) tạo nên vị trí nhận diện kháng nguyên (còn gọi là paratope). Như vậy, mỗi immunoglobulin có hai vị trí gắn kháng nguyên. Hai "cánh tay" của chữ Y còn gọi là Fab (fragment antigen binding- phần nhận biết kháng nguyên). Domain kháng nguyên nơi gắn vào kháng thể gọi là epitope. Các domain sở dĩ gọi là biến thiên vì chúng khác nhau rất nhiều giữa các kháng thể. Chính sự biến thiên đa dạng này giúp cho hệ thống các kháng thể nhận biết được nhiều loại tác nhân gây bệnh khác nhau.
Hình 2.25.Sơ đồ các domain của 1 phân tử kháng thể