A frase que melhor descreve a estrutura do DNA é "dupla hélice". A molécula de DNA se assemelha a uma escada torcida. Essa estrutura em dupla hélice foi proposta pela primeira vez pelos pesquisadores James Watson e Francis Crick.
O modelo da molécula de DNA proposto por Watson e Crick apresenta duas cadeias ligadas por hidrogênio uma à outra. As ligações de hidrogênio são ligações fracas entre uma região ligeiramente negativa de uma molécula e a região ligeiramente positiva de outra. As duas cadeias funcionam antiparalelas uma à outra. Cada lado da molécula de DNA consiste em duas extremidades, uma extremidade 5 'e uma extremidade 3'. Na molécula de DNA, os lados são paralelos um ao outro, mas a extremidade 3 'de um lado se alinha com a extremidade 5' do outro.
As moléculas de DNA têm lados compostos por grupos alternados de fosfato e açúcares, enquanto os degraus compreendem duas bases nitrogenadas ligadas uma à outra. Os grupos fosfato do DNA são chamados de fosfatos inorgânicos, que consistem em um átomo de fósforo ligado a vários átomos de oxigênio. O grupo fosfato é então ligado a um açúcar chamado desoxirribose. A porção de açúcar se conecta a uma das quatro bases nitrogenadas: adenina, timina, guanina ou citosina.As quatro bases se conectam de uma maneira muito específica. A adenina e a guanina são chamadas de purinas, enquanto a timina e a citosina são pirimidinas. Os degraus da escada do DNA são grandes o suficiente para acomodar uma purina ligada a uma pirimidina. De acordo com a regra de pareamento de bases, a adenina se liga principalmente à timina, enquanto a guanina se liga à citosina. Os dois lados da molécula de DNA são mantidos juntos pela ligação de hidrogênio entre os pares de bases.
