Nach dem Modell von Watson und Crick ist die DNA insgesamt aus zwei gegenläufigen DNA-Einzelsträngen aufgebaut, die je ein 5'-Ende mit einer Phosphat-Gruppe und ein 3'-Ende mit einer OH-Gruppe besitzen.
Die DNA besitzt eine Strickleiter-Struktur, bei der die zwei Holme der Leiter um eine gedachte Achse schraubenförmig gewunden sind (Doppelhelixstruktur). Die beiden Holme der Strickleiter werden aus Hunderttausenden sich abwechselnder Zucker- (Desoxyribose-) und Phosphat-Bausteine gebildet, die innerhalb jedes DNA-Einzelstrangs (Holms) über feste Atombindungen miteinander verknüpft sind.
Die Sprossen der Strickleiter bestehen aus je zwei organischen Basen (einem so genannten Basenpaar), die über Wasserstoffbrücken (schwächere Bindungskräfte) miteinander verbunden sind und so dafür sorgen, dass die beiden Holme auch im schraubenförmigen Zustand der Strickleiter verknüpft bleiben und im gleichen Abstand nebeneinander liegen.
Insgesamt gibt es in der DNA vier verschiedene organische Basen: Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin, die mit den Anfangsbuchstaben A, T, G und C abgekürzt werden.
Die in der DNA vorliegenden Basenpaare werden von den jeweils komplementären Basen Adenin und Thymin sowie Guanin und Cytosin gebildet. Zwischen Adenin und Thymin bilden sich dabei zwei Wasserstoffbrücken aus; Cytosin und Guanin sind über drei Wasserstoffbrücken miteinander verknüpft.
Das Riesenmolekül DNA ist demzufolge aus einer Vielzahl von vier verschiedenen Nukleotiden „zusammengesteckt“, die in einem DNA-Einzelstrang in beliebiger Reihenfolge aneinander gebunden werden können und sich dadurch unterscheiden, dass sie jeweils nur eine von vier möglichen organischen Basen enthalten.
Jeweils drei solcher Basen, wie sie in einem DNA-Einzelstrang direkt hintereinander liegen, bilden ein so genanntes Basentriplett. Jedes Basentriplett steht für eine von 20 Aminosäuren, aus denen die Proteine aufgebaut sind. Die Reihenfolge der Basen – und damit der Basentripletts – bestimmt also die Reihenfolge der Aminosäuren in den Proteinen. Dadurch wird der Aufbau der Proteine mit Hilfe der Basensequenz innerhalb der DNA beschrieben. Die Sequenzierung kann bspw. über die Sanger-Methode erfolgen.
Die Basenabfolge (Basensequenz) eines Genabschnitts der DNA wird bei der Proteinbiosynthesezunächst durch die Transkription in die komplementäre Basensequenz eines so genannten Messenger-Ribonukleinsäure-Moleküls, abgekürzt m-RNA, überschrieben. RNA enthält im Unterschied zu DNA Ribose anstelle von Desoxyribose und die Base Uracil anstelle von Thymin.
Die von der mRNA übermittelte Information wird dann durch Translation an einem Ribosom in die Abfolge der Aminosäuren (Aminosäuresequenz) einer Polypeptidkette übersetzt. (Details hierzu siehe unter genetischer Code).
