proprietățile remarcabile ale acizilor nucleici, care califică aceste substanțe pentru a servi drept purtători de informații genetice, au atras atenția multor anchetatori. Bazele au fost puse de biochimiști pionieri care au descoperit că acizii nucleici sunt molecule cu lanț lung, ale căror coloane constau din secvențe repetate de legături fosfat și zahăr—zahăr riboză în ARN și zahăr dezoxiriboză în ADN. Atașat la legăturile de zahăr din coloana vertebrală sunt două tipuri de baze azotate: purine și pirimidine. Purinele sunt adenină (a) și guanină (G) atât în ADN, cât și în ARN; pirimidinele sunt citozină (C) și timină (T) în ADN și citozină (C) și uracil (U) în ARN. O singură purină sau pirimidină este atașată la fiecare zahăr, iar întreaga subunitate fosfat-zahăr-bază se numește nucleotidă. Acizii nucleici extrași din diferite specii de animale și plante au proporții diferite ale celor patru nucleotide. Unele sunt relativ mai bogate în adenină și timină, în timp ce altele au mai multă guanină și citozină. Cu toate acestea, biochimistul Erwin Chargaff a constatat că cantitatea de A este întotdeauna egală cu T, iar cantitatea de G este întotdeauna egală cu C.

odată cu acceptarea generală a ADN-ului ca bază chimică a eredității la începutul anilor 1950, mulți oameni de știință și-au îndreptat atenția asupra determinării modului în care bazele azotate se potrivesc împreună pentru a alcătui o moleculă asemănătoare firului. Structura ADN-ului a fost determinată de geneticianul american James Watson și biofizicianul britanic Francis Crick în 1953. Watson și Crick și-au bazat modelul în mare parte pe cercetările Fizicienilor britanici Rosalind Franklin și Maurice Wilkins, care au analizat tiparele de difracție cu raze X pentru a arăta că ADN-ul este o dublă helix. Descoperirile lui Chargaff i-au sugerat lui Watson și Crick că adenina a fost cumva asociată cu timina și că guanina a fost asociată cu citozina.folosind aceste informații, Watson și Crick au venit cu modelul lor celebru care arată ADN-ul ca o dublă helix compusă din două lanțuri împletite de nucleotide, în care adeninele unui lanț sunt legate de timinele celuilalt, iar guaninele dintr-un lanț sunt legate de citozinele celuilalt. Structura seamănă cu o scară care a fost răsucită într-o formă spirală: laturile scării sunt compuse din grupe de zahăr și fosfat, iar treptele sunt alcătuite din bazele azotate pereche. Prin realizarea unui model de sârmă al structurii, a devenit clar că singurul mod în care modelul S-ar putea conforma cerințelor dimensiunilor moleculare ale ADN-ului era dacă A se împerechea întotdeauna cu T și G cu C; de fapt, perechile A-T și G-C au arătat o potrivire satisfăcătoare de blocare și cheie. Deși majoritatea legăturilor din ADN sunt legături covalente puternice, legăturile A-T și G-C sunt legături slabe de hidrogen. Cu toate acestea, mai multe legături de hidrogen de-a lungul centrului moleculei conferă suficientă stabilitate pentru a ține cele două fire împreună.

cele două fire ale helixului dublu al lui Watson și Crick erau antiparalel; adică nucleotidele erau aranjate în orientare opusă. Acest lucru poate fi vizualizat dacă forma L a unei nucleotide este imaginată a fi o șosetă: gâtul șosetei este baza azotată, degetul este grupul fosfat, iar călcâiul este grupul de zahăr. Lanțul nucleotidic ar fi apoi un șir de șosete atașate de călcâi până în picioare, cu gâtul îndreptat spre interior spre centrul moleculei de ADN. Într-un fir aranjamentul coloanei vertebrale zahăr-fosfat ar fi toe-heel-toe-heel și așa mai departe, iar în celălalt fir în aceeași direcție aranjamentul ar fi heel-toe-heel-toe. Din punct de vedere chimic, călcâiul este capătul 3′-hidroxil, iar degetul este capătul 5′-fosfat. (Aceste nume sunt derivate din atomii de carbon prin care se face legătura zahăr-fosfat.) Prin urmare, o catenă de ADN se execută de la 5′ 3′ (cinci prime la trei prime), în timp ce cealaltă se execută de la 3′ 5′.Watson și Crick au remarcat că structura ADN propusă a îndeplinit două caracteristici necesare ale unei molecule ereditare. În primul rând, o moleculă ereditară trebuie să fie capabilă de replicare, astfel încât informațiile să poată fi transmise generației următoare; prin urmare, Watson și Crick au emis ipoteza că, dacă cele două jumătăți ale spiralei duble s-ar putea separa, ar putea acționa ca șabloane pentru sinteza a două spirale duble identice. În al doilea rând, o moleculă ereditară trebuie să conțină informații pentru a ghida dezvoltarea unui organism complet; prin urmare, Watson și Crick au speculat că secvența de nucleotide ar putea reprezenta informații codificate de acest fel. Cercetările ulterioare au arătat că speculațiile lor asupra ambelor puncte au fost corecte.