Kristalizacija je krucijalan korak u određivanju trodimenzionalne strukture makromolekula metodom difrakcije rendgentskog zračenja na jediničnom kristalu. Osim u određivanju molekulske i kristalne strukture, kristalizacija ima važnu primjenu u formulaciji kristalnih terapeutskih spojeva, agrokemikalija i lijekova (npr. inzulin), u istraživanju kristalnog rasta te je jedna od metoda pročišćavanja u industrijskoj proizvodnji proteina. Ona je otkrivena prije otprilike 150 godina, a potpun razvoj doživjela je potkraj 19. i početkom 20. stoljeća. Postupak kristalizacije proteina, nukleinskih kiselina i velikih bioloških kompleksa, poput virusa i ribosoma, temelji se na uspostavi prezasićenih uvjeta u otopini koji ne utječu značajno na prirodno stanje makromolekule i pokretanju procesa nukleacije koji povlači sa sobom rast kristala. Ne postoji teorija, vodič niti izvor podataka koji sadrži „upute“ kako kristalizirati određenu makromolekulu, već su iskustvo, literaturni podatci te poznavanje osnovnih načela i metoda kristalizacije ključni za uspješnost eksperimenta. Prezasićenje se uspostavlja uz pomoć niza faktora koji utječu na uvjete u otopini. Ti faktori mogu biti fizikalni i kemijski. Kemijski faktori su razni taložni reagensi ili precipitanti kao što su neutralne soli, hlapljiva organska otapala i polimeri, reagensi poput deterdženata ili surfakanata i pH. Fizikalni faktori su temperatura, tlak, viskoznost medija i brzina uspostave ravnoteže. Oni utječu na smanjenje/povećanje topljivosti, mijenjaju ionsku jakost i dielektričnu konstantu što utječe na interakcije među biološkim makromolekulama. Važni su i faktori koji utječu na strukturno stanje makromolekule, a to mogu biti metalni ioni, inhibitori, kofaktori ili druge male molekule. Postoji niz tehnika koje se koriste u procesu kristalizacije i uspostavi povoljnih uvjeta kristalizacije. Ne postoji najbolja metoda kristalizacije, no najraširenije su metode difuzije para, a zatim slijede metode kristalizacije u jednom koraku (engl. batch method), dijaliza i metoda difuzije tekuće -tekuće.