Najwyższa struktura kolagenu – czwartorzędowa, ponieważ kolagen zbudowany jest z 3 łańcuchów polipeptydowych, połączonych ze sobą dodatkowymi wiązaniami, helikalnie zwiniętymi. Zatem struktura czwartorzędowa powstaje przez połączenie potrójnych helis w fibryle, a struktura piątego rzędu powstaje przez połączenie fibryl we włókna . Lecz miarę starzenia się organizmu wzrasta liczba wiązań sieciujących (głównie kowalencyjnych), co powoduje, że struktura kolagenu staje się bardziej sztywna, a kolagen z formy rozpuszczalnej przechodzi w formę nierozpuszczalną.
Różnego rodzaju czynniki np. podwyższenie temperatury, zmiana wartości pH czy duża dawka promieniowania mogą doprowadzić do zniszczenia naturalnej struktury kolagenu, np. do jego denaturacji. Polega ona na zmianach drugo i trzeciorzędowej struktury ich cząsteczki bądź zmianach ich struktury nadcząsteczkowej przebiegających bez rozrywania wiązań peptydowych, czyli z zachowaniem struktury pierwszorzędowej białka. W przypadku kolagenu denaturacja oznacza przejście struktury helikalnej w statystyczny kłębek. A temperatura denaturacji zależy od zawartości wody w kolagenie i od stopnia jego usieciowania. To kolagen pełni głównie funkcje podporowe w organizmie, jest czynnikiem kontrolującym rozmieszczenie sił wewnętrznych i zewnętrznych działających na ustrój. Materiały kolagenowe znane są z tego, że mogą w swej strukturze wiązać ogromne ilości wody.
