Ubikvitinacija je proces vezave ubikvitina, majhnega funkcionalnega regulatornega proteina, na drugo ciljno molekulo. Tako kot fosforilacija lahko tudi ubikvitinacija molekuli doda mesta aktivnosti ali spremeni vlogo te molekule v telesu, čeprav je najpogostejša povezava znanstvenikov s tem procesom, da označuje ciljne beljakovine za razgradnjo. Potem ko je bila molekula večkrat skozi proces ubikvitinacije, je ta molekula označena za prebavo prek proteasoma. Ubikvitinacija pomaga organizmu slediti uporabi molekule, tako da je večja verjetnost, da bo molekula prebavljena, ko je v obtoku že dlje časa.
Ubikvitin se veže na lizinske skupine ciljnih proteinov z aktivnostjo ubikvitin ligaze (E3) in encima, ki konjugira ubikvitin (E2). Ti proteini olajšajo aktivacijo in adhezijo ubikvitina bodisi neposredno na ciljni protein bodisi na druge ubikvitinske proteine, ki so že vezani na ciljni protein. Nekatere beljakovine so vsepovsodne samo enkrat, kar ustvarja dodatno funkcionalno skupino na mestu lizina. Nekateri encimi se lahko vežejo z ubikvitinom, zato en sam primer ubikvitinacije na beljakovini ne pomeni nujno, da se razgradi po proteasomski poti. Namesto tega lahko funkcijo ciljnega proteina spremeni en sam adherent ubikvitina zaradi dodajanja nove funkcionalne skupine ali encimskega vezavnega mesta.
Ko se veriga več kot ene molekule ubikvitina veže na isti ciljni protein, ne glede na to, ali je veriga vezana množično ali vezana skozi več faz enega samega primera ubikvitina, se reče, da je ta protein poliubikviniran. Poliubikvitinacijske verige nimajo znanega namena, razen za označevanje ciljnih beljakovin za razgradnjo. Posamezni primeri ubikvitinacije na različnih delih iste molekule ne tvorijo poliubikvitinacijskih verig in ne označujejo nujno ciljnega proteina za prebavo skozi proteasom.
Ubikvitin najdemo v skoraj vseh tkivih evkariontskih organizmov in ga je mogoče najti označenega s skoraj vsako beljakovino, zato je dobil ime, ki ohlapno pomeni »beljakovine, ki so povsod«. Lahko ga označimo s katerim koli proteinom, ki vsebuje razpoložljivo lizinsko skupino. Za vse celice evkariontskih organizmov je evolucijsko koristno, da izkoristijo proces ubikvitinacije, ker odstrani pokvarjene, obrabljene ali podfunkcionalne beljakovine iz obtoka, preden beljakovine v celoti prenehajo delovati. Sistem, ki preventivno odstrani beljakovine iz uporabe in jih označi za recikliranje beljakovin, ohranja celice zdrave na posamezni celični osnovi, kar je razlog za evolucijsko ohranjanje in vseprisotnost tega procesa.