O notáveis propriedades dos ácidos nucléicos, que qualificam essas substâncias para servir como portadores da informação genética, têm reivindicado a atenção de muitos pesquisadores. O trabalho de base foi feito por bioquímicos pioneiros que descobriram que os ácidos nucleicos são moléculas de cadeia longa, cujas backbones consistem de sequências repetidas de fosfato e ligações de açúcar—açúcar ribose em RNA e açúcar desoxirribose em DNA. Ligados às ligações de açúcar na espinha dorsal estão dois tipos de bases azotadas: purinas e pirimidinas. As purinas são adenina (a) e guanina (G) tanto no DNA como no RNA; as pirimidinas são citosina (C) e timina (T) no DNA e citosina (C) e uracil (U) no RNA. Uma única purina ou pirimidina é ligada a cada açúcar, e toda a subunidade fosfato-açúcar-base é chamada de nucleótido. Os ácidos nucleicos extraídos de diferentes espécies de animais e plantas têm proporções diferentes dos quatro nucleótidos. Alguns são relativamente mais ricos em adenina e timina, enquanto outros têm mais guanina e citosina. No entanto, ele foi encontrado pelo bioquímico Erwin Chargaff que o valor de Um é sempre igual a T, e o valor de G é igual a C.

Com a aceitação geral de DNA como a base química da hereditariedade no início da década de 1950, muitos cientistas voltaram sua atenção para a determinação de como as bases azotadas se encaixam para fazer backup de um filiformes molécula. A estrutura do DNA foi determinada pelo geneticista americano James Watson e pelo biofísico britânico Francis Crick em 1953. Watson e Crick basearam seu modelo em grande parte na pesquisa dos físicos britânicos Rosalind Franklin e Maurice Wilkins, que analisaram padrões de difração de raios X para mostrar que o DNA é uma dupla hélice. Os achados de Chargaff sugeriram a Watson e Crick que a adenina era de alguma forma emparelhada com timina e que a guanina era emparelhada com citosina.usando esta informação, Watson e Crick vieram com seu modelo agora famoso mostrando o DNA como uma dupla hélice composta de duas cadeias entrelaçadas de nucleótidos, nas quais as adeninas de uma cadeia estão ligadas às timinas da outra, e as guaninas de uma cadeia estão ligadas às citosinas da outra. A estrutura assemelha-se a uma escada que foi torcida em uma forma espiral: os lados da escada são compostos de grupos de açúcar e fosfato, e os degraus são constituídos pelas bases azotadas emparelhadas. Ao fazer um modelo de fio da estrutura, tornou-se claro que a única maneira que o modelo poderia estar em conformidade com os requisitos das dimensões moleculares do DNA era se um sempre emparelhado com T E G Com C; na verdade, os pares A-T E G-C mostraram um encaixe satisfatório de chave e fechadura. Embora a maioria das ligações no ADN sejam fortes ligações covalentes, as ligações a-T e G-C são ligações de hidrogénio fracas. Entretanto, múltiplas ligações de hidrogênio ao longo do centro da molécula conferem estabilidade suficiente para manter as duas cadeias juntas.

As duas cadeias de Watson e da dupla hélice de Crick eram antiparallel; isto é, os nucleótidos estavam dispostos em orientação oposta. Isto pode ser visualizado se a forma L de um nucleótido é imaginado como uma meia: o pescoço da meia é a base azotada, o dedo do pé é o grupo fosfato, e o calcanhar é o grupo açúcar. A cadeia nucleotídica seria então uma cadeia de meias ligadas calcanhar aos pés, com os pescoços apontando para dentro em direção ao centro da molécula de DNA. Em um fio o arranjo da espinha dorsal de açúcar-fosfato seria dedo-calcanhar-calcanhar-calcanhar e assim por diante, e no outro fio na mesma direção o arranjo seria calcanhar-dedo-calcanhar-dedo. Quimicamente, o calcanhar é a extremidade 3′-hidroxil e o dedo do pé é a extremidade 5′-fosfato. (Estes nomes são derivados dos átomos de carbono através dos quais a ligação açúcar-fosfato é feita.) Portanto, uma cadeia de DNA corre de 5′ → 3′ (cinco primos a três primos), enquanto a outra corre de 3′ → 5′.Watson e Crick observaram que a sua estrutura de ADN proposta preenchia duas características necessárias de uma molécula hereditária. Primeiro, uma molécula hereditária deve ser capaz de replicação para que a informação possa ser passada para a próxima geração.; portanto, Watson e Crick hipotetizaram que, se as duas metades da dupla hélice pudessem se separar, eles poderiam atuar como modelos para a síntese de duas hélices duplas idênticas. Em segundo lugar, uma molécula hereditária deve conter informações para guiar o desenvolvimento de um organismo completo; portanto, Watson e Crick especularam que a sequência de nucleótidos pode representar informações codificadas deste tipo. Pesquisas posteriores mostraram que suas especulações em ambos os pontos estavam corretas.