Наиболее часто в составе ДНК встречаются такие нуклеотидные основания. Каждый из этих нуклеотидов представляет собой остаток фосфорной кислоты, который присоединяется по 5′-положению к дезоксирибозе. В свою очередь к дезоксирибозе через гликозидную связь по 1′-положению присоединяется  одно из четырёх азотистых оснований: аденин, гуанин, тимин и цитозин. Наличие характерного сахара обычно и служит главным различием ДНК и РНК.

Основания, которые входят в состав нуклеотидов, делятся на две группы: пурины и пиримидины. К первой группе относятся аденин и гуанин, которые образуются путем соединения пяти- и шестичленных гетероциклов, вторая группа (цитозин и тимин) соединяется шестичленным гетероциклом.

Есть и исключение. К примеру, бактериофаг PBS1 в своем ДНК имеет пятый тип оснований – урацил. Это пиримидиновое основание отличается от тимина тем, что в данном случае отсутствует метильная группа на кольце, которая в РНК заменяет тимин.

Между тем, тимин и урацил не настолько строго приурочены ДНК и РНК, как принято считать. После синтеза некоторых молекул РНК значительное число урацилов в этих молекулах метилируется при участии особых ферментов. Такой процесс наблюдается в транспортных и рибосомальных РНК.

Структура полимера ДНК достаточно сложная: здесь нуклеотиды соединяются между собой посредством ковалентной связи, в результате чего образуются длинные полинуклеотидные цепи. В основном эти цепи объединяются попарно в двойные спирали, для чего используются водородные связи. Исключение составляют некоторые типы вирусов, у которых одна цепь ДНК.

Каждая цепочка состоит из фосфатов и сахаров, чередующихся между собой. Фосфатные группы образуют фосфодиэфирные связи между третьим и пятым атомами углерода соседних молекул дезоксирибозы.

Две полинуклеотидные цепи, из которых и состоит ДНК большинства живых организмов, закручены вокруг друг друга. Обычно это правозакрученная спираль