Nukleotydy składają się z grupy fosforanowej, pięciokrotnego cukru i zasady azotowej. Kwasy nukleinowe, takie jak kwas deoksyrybonukleinowy (DNA) i rybonukleinowy (RNA), zawierają powtarzające się nukleotydy. Nukleotydy łączą się ze sobą, tworząc kwasy nukleinowe, łącząc grupę fosforanową jednego nukleotydu z cukrem innej.
Grupa fosforanowa składa się z jednego atomu fosforu i kilku atomów tlenu. Ta grupa fosforanowa, zwana nieorganiczną grupą fosforanową, łączy się z cukrem zawierającym pierścień złożony z pięciu atomów węgla. W DNA cukier jest dezoksyrybozą; w RNA cukier to ryboza, która zawiera jeszcze jeden atom tlenu niż dezoksyryboza.
Zasady azotowe są tak nazwane, ponieważ każdy związek zawiera pierścień zawierający azot. Pięć zasad azotowych znajduje się w komórkach ludzkich: adenina, tymina, uracyl, guanina i cytozyna. Adenina, tymina, guanina i cytozyna istnieją w DNA, natomiast adenina, uracyl, guanina i cytozyna znajdują się w RNA. Adenina i guanina są większymi cząsteczkami zwanymi purynami, które zawierają dwa pierścienie połączone ze sobą. Tymina, cytozyna i uracyl są pirymidynami, które są mniejsze niż puryn i mają jeden pierścień.
W DNA dwie nici kwasu nukleinowego wytworzone z powtarzających się nukleotydów skręcają się wokół siebie tworząc strukturę nazywaną podwójną helisą, która wygląda jak drabina. Te dwie nici są związane ze sobą przez połączenie dwóch zasad azotowych. Przestrzeń między dwiema stronami spirali jest tak precyzyjna, że tylko puryna może wiązać się z pirymidyną, co oznacza, że adenina i tymina wiążą się ze sobą, podczas gdy tylko cytozyna i guanina mogą się ze sobą wiązać.
