Die Bausteine der DNA werden Nukleotide genannt. Nukleotide bestehen aus einem Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen, einer stickstoffhaltigen Base und einem Phosphat. Die stickstoffhaltige Base kann Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin sein, die auf DNA-Modellen oft als die Buchstaben A, C, G und T dargestellt werden.
Die Basen werden in zwei Gruppen unterteilt, die Purine und die Pyrimidine. Die Purinegruppe besteht aus Adenin und Guanin. Diese Gruppe hat eine Doppelringstruktur, wodurch sie sich sehr leicht von der anderen Gruppe unterscheiden lässt. Die Pyrimidingruppe besteht aus den Basen Thymin und Cytosin. Die Zucker und das Phosphat bilden das Rückgrat der Doppelhelix-DNA, wobei die Basen im Wesentlichen die Stufen der DNA-Leiter bilden. Die Art und Weise, wie die Basen innerhalb der Doppelhelix zusammenpassen, ist sehr spezifisch. Ein Adenin kann sich nur mit einem Thymin und ein Guanin nur mit einem Cytosin paaren. Dieser spezielle Paarungsstil hält die Breite jedes Paares gleich. Die Paare werden durch schwache Wasserstoffbrücken zusammengehalten, die leicht gebrochen werden, wenn die DNA für die Translation entpackt wird. Nach dem Entpacken kann die DNA reproduziert und die Informationen in den Basenpaaren über die mRNA geteilt werden, wodurch der Prozess der DNA-Replikation beginnt.
