蛋白质组学的研究方法和技术进步与制约并存。其成功与否在很大程度上依赖于技术手段的精湛程度。蛋白质研究技术的复杂性远超基因技术，由于氨基酸种类繁多（20种对4种），以及翻译后修饰的多样性，如磷酸化和糖基化，这些都为蛋白质的分离和分析带来了挑战。体外扩增和纯化蛋白质通常困难重重，难以批量生产，这就对技术平台提出了新的需求和挑战。
蛋白质组学的核心任务是大规模、高通量地分析细胞内的蛋白质。研究人员需处理成千上万种蛋白质，因此，发展具有高灵敏度和高准确性的研究平台至关重要。在样品制备方面，可以采用全蛋白质组分或预分级策略，如根据溶解性或细胞器定位分离蛋白质。如LCM技术，能精确地分离癌变细胞，提高研究的针对性。
质谱技术在蛋白质组研究中扮演关键角色，特别是双向凝胶电泳-质谱技术，它结合了高通量、高灵敏度和高精度。然而，这项技术仍有改进空间，如窄pH梯度胶和新型荧光染色技术的发展。新型分离技术如2D-LC、2D-CE和LC-CE等，以及质谱鸟枪法和CE-MS等策略，都在寻求替代或补充双向凝胶电泳。
此外，蛋白质组学研究依赖于生物信息学的支持，大规模的蛋白质数据库如SWISS-PROT是基础，同时，蛋白质质谱鉴定软件和算法的快速发展，如SWISS-PROT、Rockefeller大学等的搜索工具，显著提升了数据处理的效率。随着基因组学的进步，未来将提供更丰富全面的蛋白质组数据库，以及从头测序软件，这些都将推动蛋白质组研究的深入发展。
蛋白质组研究本质上指的是在大规模水平上研究蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白与蛋白相互作用等，由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生，细胞代谢等过程的整体而全面的认识，这个概念最早是在1995年提出的。蛋白质组的研究不仅能为生命活动规律提供物质基础，也能为众多种疾病机理的阐明及攻克提供理论根据和解决途径。