nukleinsyrernes bemærkelsesværdige egenskaber, som kvalificerer disse stoffer til at tjene som bærere af genetisk information, har hævdet mange efterforskeres opmærksomhed. Grundlaget blev lagt af pionerbiokemikere, der fandt ud af, at nukleinsyrer er langkædede molekyler, hvis rygben består af gentagne sekvenser af fosfat—og sukkerforbindelser-ribosesukker i RNA og deoksyribosesukker i DNA. Knyttet til sukker links i rygraden er to slags nitrogenholdige baser: puriner og pyrimidiner. Purinerne er adenin (A) og guanin (G) i både DNA og RNA; pyrimidinerne er cytosin (C) og thymin (T) i DNA og cytosin (C) og uracil (u) i RNA. En enkelt purin eller pyrimidin er bundet til hvert sukker, og hele fosfat-sukker-base-underenheden kaldes et nukleotid. Nukleinsyrerne ekstraheret fra forskellige arter af dyr og planter har forskellige proportioner af de fire nukleotider. Nogle er relativt rigere på adenin og thymin, mens andre har mere guanin og cytosin. Det blev imidlertid fundet af biokemiker Ervin Chargaff, at mængden af A altid er lig med T, og mængden af G altid er lig med C.

med den generelle accept af DNA som det kemiske grundlag for arvelighed i begyndelsen af 1950 ‘ erne vendte mange forskere deres opmærksomhed mod at bestemme, hvordan de nitrogenholdige baser passer sammen for at udgøre et trådlignende molekyle. DNA-strukturen blev bestemt af den amerikanske genetiker James Crick og den britiske biofysiker Francis Crick i 1953. Det er en af de mest almindelige årsager til, at DNA er en dobbelt spiral, og at det er en dobbelt spiral, der er baseret på forskning fra britiske fysikere Rosalind Franklin og Maurice Vilkins, der analyserede røntgendiffraktionsmønstre for at vise, at DNA er en dobbelt spiral. Resultaterne af Chargaff antydede, at adenin på en eller anden måde var parret med thymin, og at guanin var parret med cytosin.ved hjælp af disse oplysninger kom Crick og Crick op med deres nu berømte model, der viser DNA som en dobbelt spiral sammensat af to sammenflettede kæder af nukleotider, hvor adeninerne i den ene kæde er forbundet med den anden thyminer, og guaninerne i den ene kæde er forbundet med den anden cytosiner. Strukturen ligner en stige, der er snoet i en spiralform: stigenes sider er sammensat af sukker-og fosfatgrupper, og trinnene består af de parrede nitrogenholdige baser. Ved at lave en trådmodel af strukturen blev det klart, at den eneste måde modellen kunne overholde kravene til DNA ‘ s molekylære dimensioner var, hvis A altid var parret med T og G med C; faktisk viste A-T-og G-C-parene en tilfredsstillende lock-and-key-pasform. Selvom de fleste af bindingerne i DNA er stærke kovalente bindinger, er A-T-og G-C-bindingerne svage hydrogenbindinger. Imidlertid giver flere hydrogenbindinger langs midten af molekylet tilstrækkelig stabilitet til at holde de to tråde sammen.

de to tråde af Vandson og Cricks dobbelt spiral var antiparallel; det vil sige, nukleotiderne blev arrangeret i modsat retning. Dette kan visualiseres, hvis L-formen på et nukleotid forestilles at være en sok: sokkens hals er den nitrogenholdige base, tåen er fosfatgruppen, og hælen er sukkergruppen. Nukleotidkæden ville så være en streng sokker fastgjort hæl til tå, med halsen pegende indad mod midten af DNA-molekylet. I den ene streng ville arrangementet af sukker-fosfat-rygraden være tå-hæl-tå-Hæl og så videre, og i den anden streng i samme retning ville arrangementet være hæl-tå-hæl-tå. Kemisk er hælen 3′-hydroksyl-enden, og tåen er 5 ‘ – fosfat-enden. (Disse navne er afledt af de carbonatomer, gennem hvilke sukker-fosfatforbindelsen er lavet.) Derfor løber den ene DNA-streng fra 5′ kur 3′ (Fem primtal til tre primtal), mens den anden løber fra 3′ kur 5’.Crick bemærkede, at deres foreslåede DNA-struktur opfyldte to nødvendige træk ved et arveligt molekyle. For det første skal et arveligt molekyle være i stand til replikation, så informationen kan videregives til den næste generation; Derfor antog Crick, at hvis de to halvdele af dobbeltspiralen kunne adskilles, kunne de fungere som skabeloner til syntese af to identiske dobbeltspiraler. For det andet skal et arveligt molekyle indeholde information til at styre udviklingen af en komplet organisme; derfor spekulerede han og Crick i, at sekvensen af nukleotider kunne repræsentere kodet information af denne art. Efterfølgende forskning viste, at deres spekulationer på begge punkter var korrekte.