Valkudel on elusorganismides mitmesuguseid funktsioone.

Katalüütiline funktsioon: katalüütilise funktsiooniga valke nimetatakse ensüümideks ja kõiki organismi ainevahetuse keemilisi reaktsioone katalüüsivad ensüümid.
Motoorne funktsioon: alates madalaimast bakteriaalsest lipuliikumisest kuni lihaste kokkutõmbumiseni kõrgematel loomadel saavutatakse valk. Lihaste lõdvestamist ja kokkutõmbumist lõpetab peamiselt jämedate filamentide libisemine, mille põhikomponendiks on müosiin ja põhikomponendiks aktiin.
Transpordifunktsioon: Elutegevuse käigus lõpetatakse paljude väikeste molekulide ja ioonide transport erinevate spetsiifiliste valkude abil. Näiteks veres sisalduv plasmaalbumiin transpordib väikeseid molekule, punastes verelibledes sisalduv hemoglobiin aga hapnikku ja süsihappegaasi.
Mehaaniline tugi- ja kaitsefunktsioon: kõrgemate loomade mehaaniliste tugifunktsioonidega koed nagu luu, sidekude ja karvad, nahk, küüned ja muud kattekaitsefunktsiooniga kuded koosnevad peamiselt kollageenist, keratiinist, elastiinist jne.
Immuun- ja kaitsefunktsioonid: oma ellujäämise säilitamiseks on organismidel mitut tüüpi kaitsemehhanisme, millest paljud sõltuvad valkudest. Näiteks on antikehad väga spetsiifiline valkude klass, mis tunnevad ära organismidesse tungivad võõrained, nagu allogeensed valgud, viirused ja bakterid, ja seonduvad nendega ning tühistavad nende kahjuliku mõju.
Reguleeriv funktsioon: Organismi normaalse elutegevuse säilitamisel on äärmiselt oluline roll metaboolse funktsiooni reguleerimisel, kasvu ja arengu ning diferentseerumise kontrollimisel, paljunemisfunktsiooni reguleerimisel ning liikide, peptiidide ja valguhormoonide jätkumisel. Lisaks on olemas valgud, mis võtavad vastu ja edastavad reguleerivat informatsiooni, näiteks erinevate hormoonide retseptorvalgud.