Een substitutiematrix geeft voor elk paar aminozuren als een log-oddsscore:
waarin de frequentie is waarmee en uitgelijnd worden aangetroffen in betrouwbare uitlijningen van verwante eiwitten, de frequentie waarmee zij door toeval zouden worden gepaard, en een schaal die zo is gekozen dat de waarden handige gehele getallen worden. Een positieve score betekent dat het paar vaker in homologen voorkomt dan door toeval; de identiteitsscores zijn het grootst voor zeldzame aminozuren (tryptofaan , cysteïne in BLOSUM62) en het kleinst voor veelvoorkomende (leucine , alanine ), en behoudende substituties (isoleucine–valine ) scoren positief terwijl ingrijpende (tryptofaan–glycine ) negatief scoren. De PAM-matrices (Dayhoff, 1978) werden afgeleid uit nauw verwante eiwitten en door matrixvermenigvuldiging naar grotere afstanden geëxtrapoleerd; de BLOSUM-matrices (Henikoff en Henikoff, 1992) werden rechtstreeks geteld in blokken uitgelijnde sequenties die op een gegeven identiteit waren geclusterd — BLOSUM62 uit blokken bij — en zij zijn de standaard omdat zij gemeten zijn en niet geëxtrapoleerd, op de afstand waar zij worden gebruikt.