pozoruhodné vlastnosti nukleových kyselin, které jsou způsobilé tyto látky sloužit jako nosiče genetické informace, tvrdili pozornost mnoha zájemců. Základ byl položen pioneer biochemici, kteří zjistili, že nukleové kyseliny jsou dlouhé chainlike molekuly, páteř, která se skládají z opakovaných sekvencí z fosfátu a cukru vazby—cukr ribóza v RNA a deoxyribose cukr v DNA. K vazbám cukru v páteři jsou připojeny dva druhy dusíkatých bází: puriny a pyrimidiny. Puriny jsou adenin (A) a guanin (G) v DNA i RNA; pyrimidiny jsou cytosin (C) a thymin (T) v DNA a cytosin (C) a uracil (U) v RNA. Ke každému cukru je připojen jeden purin nebo pyrimidin a celá podjednotka fosfát-cukr-báze se nazývá nukleotid. Nukleové kyseliny extrahované z různých druhů zvířat a rostlin mají různé podíly čtyř nukleotidů. Některé jsou relativně bohatší na adenin a thymin, zatímco jiné mají více guaninu a cytosinu. Nicméně, to bylo našel biochemik Erwin Chargaff, že částka se vždy rovná T, a množství G je vždy rovná C.

S obecnými přijetí DNA jako chemický základ dědičnosti na počátku roku 1950, mnozí vědci obrátili svou pozornost k určení, jak dusíkatých bází se vešly dohromady tvoří nitkovité molekuly. Strukturu DNA určili americký genetik James Watson a britský biofyzik Francis Crick v roce 1953. Watson a Crick založili svůj model převážně na výzkumu britských fyziků Rosalind Franklin a Maurice Wilkins, kteří analyzovali rentgenové difrakční vzory, aby ukázali, že DNA je dvojitá šroubovice. Zjištění Chargaff navrhli Watson a Crick, že adenin byl nějak spárované s thyminem a guanin byl spárován s cytosin.

s Použitím této informace, Watson a Crick přišel s jejich nyní-slavný model ukazuje DNA jako dvojité šroubovice složené ze dvou propletených řetězců nukleotidů, v nichž adenines jednoho řetězce jsou spojeny s thymines ostatních, a guanines v jednom řetězci jsou spojeny s cytosines ostatních. Struktura se podobá žebřík, který byl zkroucený do spirály tvar: stran tohoto žebříku jsou složeny z cukru a fosfátové skupiny, a příčky jsou vyrobeny z spárované dusíkatých bází. Tím, že drát modelu konstrukce, bylo jasné, že jediný způsob, jak by mohl být model v souladu s požadavky molekulární rozměry DNA byla-li vždy spárován s T a G s C; ve skutečnosti, U a G-C párů ukázala, uspokojující zámek a klíč hodí. Ačkoli většina vazeb v DNA jsou silné kovalentní vazby, vazby A-T A G-C jsou slabé vodíkové vazby. Vícenásobné vodíkové vazby podél středu molekuly však poskytují dostatečnou stabilitu, aby udržely oba řetězce pohromadě.

dva prameny Watson a Crick je dvoušroubovice jsou antiparalelní; to znamená, že nukleotidy jsou uspořádány v opačné orientaci. To lze vizualizovat, pokud je tvar L nukleotidu představován jako ponožka: krk ponožky je dusíkatá báze, špička je fosfátová skupina a pata je cukrová skupina. Nukleotidový řetězec by pak byl řetězec ponožek připevněných patou k patě, s krky směřujícími dovnitř směrem ke středu molekuly DNA. V jeden pramen uspořádání cukr-fosfát páteř by to být špička-pata-špička-pata, a tak dále, a v druhé vlákno ve stejném směru uspořádání by být pata-špička-pata-špička. Chemicky, pata je 3′-hydroxylový konec a špička je 5 ‚ – fosfátový konec. (Tyto názvy jsou odvozeny od atomů uhlíku, kterými se vytváří vazba cukr-fosfát.) Proto jeden řetězec DNA běží od 5‘ → 3 ‚(pět prime až tři prime), zatímco druhý běží od 3′ → 5‘.

Watson a Crick poznamenali, že jejich navrhovaná struktura DNA splňuje dvě nezbytné vlastnosti dědičné molekuly. Za prvé, dědičná molekula musí být schopna replikace, aby informace mohly být předány další generaci; Watson a Crick proto předpokládali, že pokud by se obě poloviny dvojité šroubovice mohly oddělit, mohly by fungovat jako šablony pro syntézu dvou identických dvojitých šroubovice. Za druhé, dědičné molekuly, musí obsahovat informace, aby vodítkem pro vývoj kompletního organismu; proto, Watson a Crick spekuloval, že sekvence nukleotidů může představovat kódované informace tohoto druhu. Následný výzkum ukázal, že jejich spekulace v obou bodech byly správné.