Fraza, która najlepiej opisuje strukturę DNA, to "podwójna helisa". Cząsteczka DNA przypomina skręconą drabinę. Ta podwójnie helikalna struktura została po raz pierwszy zaproponowana przez badaczy Jamesa Watsona i Francisa Cricka.
Model cząsteczki DNA zaproponowany przez Watsona i Cricka zawiera dwa łańcuchy połączone wiązaniami wodorowymi. Wiązania wodorowe są słabymi wiązaniami między nieznacznie ujemnym regionem jednej cząsteczki a nieznacznie dodatnim regionem innego. Dwa łańcuchy biegną równolegle do siebie. Każda strona cząsteczki DNA składa się z dwóch końców, końca 5 'i końca 3'. W cząsteczce DNA boki są równoległe do siebie, ale koniec 3 'jednej strony pokrywa się z końcem 5' drugiej.
Cząsteczki DNA mają boki utworzone z przemiennych grup fosforanowych i cukrów, podczas gdy szczeble zawierają dwie azotowe zasady połączone ze sobą. Grupy fosforanowe DNA są nazywane nieorganicznymi fosforanami, które składają się z jednego atomu fosforu związanego z kilkoma atomami tlenu. Grupa fosforanowa jest następnie związana z cukrem zwanym deoksyrybozą. Część cukrowa łączy się z jedną z czterech zasad azotowych: adeniną, tyminą, guaniną lub cytozyną.
Cztery bazy łączą się w bardzo specyficzny sposób. Adenina i guanina są nazywane purynami, natomiast tymina i cytozyna są pirymidynami. Szczeble drabiny DNA są wystarczająco duże, aby pomieścić jedną purynę związaną z jedną pirymidyną. Zgodnie z zasadą parowania podstawowego, adenina wiąże się głównie z tyminą, natomiast guanina wiąże się z cytozyną. Dwie strony cząsteczki DNA są połączone przez wiązanie wodorowe między parami zasad.
