Dans l’ADN, les bases sont l’adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C) la thymine (T) et l’ose  est le 2’-désoxyribose. Dans l’ARN, l’uracile (U) remplace la thymine et l’ose est le ribose. Suivant l’ose, ribose ou désoxyribose, on a affaire à des ribonucléotides ou à des désoxyribonucléotides. La partie ose et la base constituent un nucléoside dont le nom dérive du nom de la base. Les pyrimidine nucléosides (dérivés du noyau pyrimidique, hétérocycle à six côtés dont deux atomes d’azote) comportent un suffixe « idine » : uridine, thymidine et cytidine ; les purine nucléosides (bases dérivées du noyau purine : noyau pyrimidique accolé à un noyau imidazol) comportent le suffixe «  osine » : adénosine et guanosine. 

Les longues chaînes polynucléotidiques résultent de l'association des nucléotides par l'intermédiaire de liaisons phosphodiesters. Chaque phosphate lie le groupement OH du carbone 3' du désoxyribose d'un nucléotide à l'hydroxyle du carbone 5' du désoxyribose du nucléotide adjacent. Ainsi, le squelette désoxyribophosphate de la chaîne polynucléotidique a une polarité spécifiée par les liaisons phosphodiesters (reconnaissant une polarité aux polynucléotides, la lecture s’effectue dans la direction 5’(3’). Les études physico-chimiques, la microscopie électronique et la diffraction des rayons X ont montré que la quasi totalité des ADN sont des molécules longues, flexibles et filiformes. Contrairement aux protéines dont les structures secondaire et tertiaire dépendent de la composition et de la séquence en acides aminés, les ADN ont, dans des conditions habituelles, une structure très régulière et quasi-identique, quelle que soit leur composition et l'ordre des 4 bases. Ces caractéristiques expliquent la structure en double hélice. 

La forme prédominante de l'ADN est la double hélice, formée de deux chaînes polynucléotidiques séparées, enroulées l'une autour de l'autre (diamètre de 2 nm, pas de vis de 3.4 nm). Les deux squelettes désoxyribophosphate, qui déterminent le pourtour de la molécule, sont antiparallèles. La région superficielle de l’hélice est polaire, elle porte des charges négatives des restes d’acide phosphorique : elle réagit avec l’environnement aqueux. Le cœur de la double hélice est apolaire et hydrophobe. 

La stabilité de la double hélice résulte de l’assemblage de cycles puriques et pyrimidiques qui réunit des paires de bases complémentaires : l’Adénine-Thymine (A/T) et Cytosine-Guanine (C/G). L’association des bases A/T est assurée par deux liaisons hydrogène, alors que l’association C/G en comporte trois (les liaisons hydrogène correspondent à des forces d’attraction entre un groupement contenant un atome d’hydrogène polarisable et un atome très électronégatif comme l’oxygène ou l’azote). 

Les paires A/T et C/G occupent respectivement une largeur de 1.11 nm et de 1.08 nm. Deux appariements de bases sont distants de 0.34 nm (3.4 Angstrom). On compte dix appariements par tour d’hélice. D'autres appariements de bases sont défavorables et susceptibles de rompre la géométrie de l'hélice. La longueur de l’ADN s’exprime en paires de bases (pb) ou en milliers de paires de bases ou kilobase (kb). 

L’ADN est le support chimique de l’information génétique. La succession des déoxyribose-phosphates le long des deux brins étant monotone, il est logique de considérer que l’information au niveau de cette molécule réside dans sa composante variable c’est-à-dire dans la séquence des bases le long des brins.

 Tous les êtres vivants, qu'il s'agisse d'un animal ou d'une plante, d'une bactérie ou d'un virus, possèdent le même type de structure, soit deux brins (sauf exception chez certains virus) constitués chacun par une succession de plusieurs milliers de nucléotides, les deux brins étant reliés par des liaisons hydrogène entre bases complémentaires. 

Ce qui diffère d'une espèce à l'autre ce sont : 

• le nombre de molécules d'ADN dans une cellule ou dans le virus,
• leur longueur (quelques milliers à plusieurs milliards de nucléotides),
• leur forme (linéaire ou circulaire),
• leur localisation (dans un noyau, la mitochondrie ou dans le cytoplasme),
• et surtout la séquence des bases.