Każdy z trzech łańcuchów występujących w kolagenie skręca się w helisę charakterystyczną dla kolagenu (tzw. helisa kolagenowa). Na pełny skręt takiej helisy przypada 3,3 reszt, tj. mniej niż dla helisy alfa (3,6 reszt). Łańcuchy ułożone są równolegle, owijają się jeden wokół drugiego. Trzy takie łańcuchy, każdy lewoskrętny, skręcając się dodatkowo wokół wspólnej osi, tworzą prawoskrętną, rozciągniętą superhelisę. Odwrotny kierunek skręcenia pojedynczych łańcuchów i potrójnej helisy sprawia, że struktura ta jest szczególnie odporna na odwijanie pod wpływem rozciągania.

Z takiej potrójnej helisy zbudowany jest tropokolagen, który jest podstawową jednostką strukturalną kolagenu. Struktura ta utrzymywana jest przez sieć wiązań wodorowych, zwłaszcza między grupą aminową glicyny jednej helisy a grupą karboksylową proliny w pozycji X innej helisy. Cząsteczki tropokolagenu (o średnicy 1,5 nm) agregują we włókienka (fibryle) (o średnicy 10–300 nm), a w wyniku dojrzewania ulegają usieciowaniu poprzez wiązania poprzeczne, tworząc włókna kolagenu (o średnicy 1–20 μm).