O emparelhamento de uma purina específica com uma pirimidina específica é devido à estrutura e propriedades de cada anel e ao ajuste tridimensional entre os complementos. Purina e pirimidina são compostos orgânicos e aromáticos que atuam como blocos de construção do ácido nucléico. No DNA, as purinas ocorrem como adenina e guanina, enquanto as pirimidinas ocorrem como timina e citosina. No pareamento de bases de DNA, pares de adenina com timina e pares de guanina com citosina.
Os pares de bases correspondentes compostos por uma purina e uma pirimidina formam ligações de hidrogênio. As purinas têm uma estrutura de anel duplo e as pirimidinas têm uma estrutura de anel único. A adenina e a timina têm dois locais onde se formam ligações de hidrogênio, enquanto a guanina e a citosina têm três locais. Ligadas, essas bases nitrogenadas formam os degraus da escada do DNA, ou dupla hélice.
A ligação de hidrogênio entre os anéis só é possível na forma tautomérica específica. Conforme explicado pelo Departamento de Química da University of Maine, os tautômeros são isômeros relacionados pela mudança de posição de um único hidrogênio e uma ligação dupla. Para cada uma das quatro bases nitrogenadas, uma forma tautomérica específica deve ser incorporada para a ligação, estabilidade e fixação adequadas ao esqueleto açúcar-fosfato do DNA. Se os pares de bases são os degraus de uma escada, a espinha dorsal do açúcar-fosfato atua como os lados da escada. Com uma torção helicoidal da escada, há menos impedimento estérico entre os átomos vizinhos na molécula de DNA.
