蛋白质组学研究的途径有两条。一条是像基因组学的研究一样，力图“查清”人类3万多基因所编码的所有蛋白质，建立蛋白质组学数据库。这种“穷尽”基因组可能编码“一切”蛋白质的想法，曾经一度吸引了大量研究者的热情。但是如前所述，蛋白质组概念的提出很大程度上是基因组研究观念上和逻辑上的延伸，这与当初基因组的提出有明显的差别。基因组研究的深入，主要得益于大规模基因组测序技术的实现和其后高通量的基因芯片技术的发展。而蛋白质组迄今还不具有相应的技术基础，并且DNA大规模的高通量研究是建立在4种碱基及其配对性质的相对单一和简单原则的基础上，而对蛋白质的识别和鉴定的原则要复杂得多。随着对蛋白质组学的深入理解和具体工作的开展，人们逐渐认识到在短时间内建立人类蛋白质组学“完整的”数据库和实现网络资源共享难以实现或者说条件尚未成熟。

蛋白质组学研究的另一条途径则是着重于寻找和筛选有意义的因素引起的两个样本之间的差异蛋白质谱，揭示细胞生理和病理状态的进程与本质、对外界环境刺激的反应途径以及细胞调控机制，同时，获得对某些关键蛋白的定性和功能分析，即差异蛋白质组学。差异蛋白质组学越来越受到国内外蛋白质组学研究者的青睐。其原因如下:

目前，蛋白质组学研究的技术手段主要为传统的双向电泳和质谱。双向电泳虽然在技术上已有了很大的改进，其重复性和灵敏度大大提高，但是其无法检测疏水性蛋白、极端pH的酸性蛋白和碱性蛋白以及某些低丰度蛋白，因此，不能捕获细胞内的全部蛋白质。质谱在蛋白质分析方面虽然具有高分辨率和高灵敏度的优点，但是其需要在检测之前对样品进行必要的纯化，因而，无法实现高通量的蛋白质分析。上述这些技术的不完善都使得蛋白质组学的研究难以大规模地迅速开展。而差异蛋白质组学研究并不要求捕获“全部”蛋白，而重在找出有意义的差异蛋白，因此具有更好的可行性。双向电泳在差异蛋白质组分析中仍然是一项核心技术，适用于差异蛋白质的检出。基质辅助激光解析离子化（surface enhanced laser desorption/ionization，SELDI）系统集分离纯化和质谱检测于一身，可以直接检测相对原始的生物样品，并可同时进行多样品、多蛋白的检测，从而提供适合于差异蛋白质组学研究的可比较性系统。此外，一些新方法如稳定同位素标记技术等正在迅速发展，大大提高质谱技术在蛋白质定量研究方面的能力，这将会有力地促进差异蛋白质组学研究的发展。

一个生物体在生长发育及各种生理病理过程中，其基因组通常是始终维持稳定不变的，而其蛋白质组的构成却在随时发生着严格而活跃的改变。实际上几乎没有任何一种细胞在任何一个时刻是表达“所有”蛋白质。一个细胞在其不同功能状态、细胞周期不同时相、接受不同条件因素刺激或药物作用下，其蛋白质组发生相应变化。正是这种不同的蛋白质组构成了细胞这一时刻的特征性生命活动的基础。因此，对于这种蛋白质组的特有组成及其改变的研究，即差异蛋白质组研究，是认识生命活动本质的一个恰当而直接的途径。毫无疑问更多的生命现象将会在分子水平获得日益深入的解释。而在差异蛋白质组学的推动下，这一进程会变得更加快速和准确。

一个细胞的生命活动本质上就是构成其相应蛋白质组的蛋白质的相互装配及相互作用的表现和结果。只要能够获得它们在蛋白质组上的差别或变化的足够信息就能够证明这个细胞或生物体所处的状态以及其状态是正常还是异常，甚至有望找到其异常的原因。因此，差异蛋白质组学的研究在疾病的早期诊断、病程及疗效监测、环境因素影响分析等方面的应用价值是不言而喻的。例如肿瘤早期生物标志（biomarker）的筛选已在世界范围内形成热潮。以这类标志分子（主要是蛋白质）为依据的分子诊断技术将形成未来临床诊断的主流。此外，在农业育种、基因工程产物的鉴定、食品蛋白质评价等方面，差异蛋白质组学也有着广泛的应用前景。