Antithrombin III s molekulovou hmotností 58 kD je glykoprotein složený ze 432 aminokyselin, který patří do velké skupiny serpinů (inhibitory serinproteázy). Je to jeden z nejdůležitějších přirozených inhibitorů krevní koagulace. Inhibiční působení je založeno na tvorbě kovalentní vazby mezi antithrombinem III a aktivním centrem serinových proteáz. K faktorům, které jsou inhibovány nejsilněji, patří trombin a faktor Xa, ale také faktory aktivace kontaktu, vlastního systému a faktor VIIa/komplex tkáňových faktorů. Aktivitu antithrombinu III značně zvyšuje heparin a antikoagulační účinky heparinu závisí na přítomnosti antithrombinu III.
Antithrombin III obsahuje dvě funkčně důležité domény. První doména obsahuje reaktivní centrum a představuje místo štěpení pro proteinázy, jako je například trombin, předpoklad pro tvorbu stabilního komplexu proteináza-inhibitor. Druhá doména se váže na glykosaminoglykan a je zodpovědná za interakci s heparinem a příbuznými látkami, což urychluje inhibici trombinu. Komplexy inhibitor- koagulační enzym se odstraňují prostřednictvím retikuloendoteliálního systému.
Aktivita antithrombinu III u dospělých je 80-120 % a u novorozenců je asi 40-60 %.