La proteína timidilato sintasa (TS) (EC 2.1.1.45)[1]​ es una enzima metiltransferasa homodimérica que cataliza la reacción de síntesis del timidilato (dTMP). Esta reacción es un paso fundamental en la formación de desoxitimidina 5'-trifosfato (dTTP), un metabolito necesario para la correcta síntesis y reparación del ácido desoxirribonucleico (ADN).[2]​
En seres humanos, es el producto de la expresión del gen TYMS localizado en el brazo corto (p) del cromosoma 18.