熱休克蛋白是指細胞在應激原特別是環境高溫誘導下所生成的一組蛋白質。HSP首先是在果蠅體內發現的。果蠅幼蟲唾液腺的多線染色體比一般染色體粗1～2千倍，故有利于在光學顯微鏡下進行觀察研究。1962年有人發現，將果蠅的培養溫度從25℃提高到30℃（熱休克環境溫度升高），30分鐘后就可在多絲染色體上看到蓬松現象（或稱膨突puff），提示這些區帶基因的轉錄加強并可能有某些蛋白質的合成增加。至1974年，后人才從熱休克果蠅幼蟲的唾液腺等部位分離到了6種新的蛋白質，即HSP。除環境高溫以外，其他應激原如缺氧、寒冷、感染、饑餓、創傷、中毒等也能誘導細胞生成HSP。因此，HSP又稱應激蛋白（stressprotein,SP），但習慣上仍稱HSP。研究表明，HSP的生成，不僅見于果蠅，而且是普遍存在于從細菌直至人類的整個生物界（包括植物和動物）的一種現象。例如，1981年有人在實驗中證明，將大鼠置于55℃的高溫環境，直腸溫度迅速升至42～42.5℃，15分鐘后使環境溫度降至常溫，體溫也隨之于30分鐘后降至正常水平。90分鐘后處死動物，就可在心、腦、肝、肺等器官的組織內分離出一種分子量為71kD的新的蛋白質，即HSP。絕大部分生物細胞生成的HSP分子量都在80～110kD、68～74kD和18～30kD之間。不同分子量的HSP，在細胞內的分布也有所不同，例如，在酵母菌中發現的分子量為89kD的HSP是一種可溶性的細胞漿蛋白質，而分子量為68kD、70kD、110kD的HSP卻主要分布于核或核仁區域。

許多小分子熱休克蛋白基因一般并不表達，顯著表達小分子熱休克蛋白一般是細胞受到外部刺激的時候，比如高溫刺激。現已發現，除了熱刺激之外還有許多物理、化學刺激可以激活小分子熱休克蛋白的表達，例如紫外線、射線、機械損傷、酸、氧化劑等等。可見，小分子熱休克蛋白是抵御外界不良刺激的重要物質。當將生物的整體、組織、細胞等從其生活的溫度范圍內急劇地從低溫移向高溫時，可顯著地降低一些蛋白質的合成。例如將果蠅的幼蟲或培養細胞從28℃移至35℃時，則幾乎大部分的蛋白質合成停止；與此相反，而休克蛋白的合成卻反而被促進。這種促進作用主要是在信使RNA的合成（轉錄）階段產生的。同樣的現象也見于哺乳類動物、培養細胞、原生動物、植物組織和細菌等。另外觀察到，由休克以外的其他處理也會發生類似的現象。這種現象的生理意義尚不清楚，但推測是與生物的溫度適應現象有關系。