脫氧核糖核酸，DNA是一種長鏈聚合物，組成單位為四種脫氧核苷酸，即：腺嘌呤脫氧核苷酸（dAMP ）、胸腺嘧啶脫氧核苷酸（dTMP ）、胞嘧啶脫氧核苷酸（dCMP ）、鳥嘌呤脫氧核苷酸（dGMP ）。
而脫氧核糖（五碳糖）與磷酸分子借由酯鍵相連，組成其長鏈骨架，排列在外側，四種堿基排列在內側。每個糖分子都與四種堿基里的其中一種相連，這些堿基沿著DNA長鏈所排列而成的序列，可組成遺傳密碼，指導蛋白質的合成。讀取密碼的過程稱為轉錄，是以DNA雙鏈中的一條單鏈為模板轉錄出一段稱為mRNA（信使RNA）的核酸分子。多數RNA帶有合成蛋白質的訊息，另有一些本身就擁有特殊功能，例如rRNA、snRNA與siRNA。
在細胞內，DNA能與蛋白質結合形成染色體，整組染色體則統稱為染色體組。對于人類而言，正常的人體細胞中含有46條染色體。染色體在細胞分裂之前會先在分裂間期完成復制，細胞分裂間期又可劃分為：G1期-DNA合成前期、S期-DNA合成期、G2-DNA合成后期。對于真核生物，如動物、植物及真菌而言，染色體主要存在于細胞核內；而對于原核生物，如細菌而言，則主要存在于細胞質中的擬核內。染色體上的染色質蛋白，如組織蛋白，能夠將DNA進行組織并壓縮，以幫助DNA與其他蛋白質進行交互作用，進而調節基因的轉錄。
DNA是高分子聚合物，DNA溶液為高分子溶液，具有很高的粘度，可被甲基綠染成綠色。DNA對紫外線（260nm）有吸收作用，利用這一特性，可以對DNA進行含量測定。當核酸變性時，吸光度升高，稱為增色效應；當變性核酸重新復性時，吸光度又會恢復到原來的水平。較高溫度、有機溶劑、酸堿試劑、尿素、酰胺等都可以引起DNA分子變性，即DNA雙鏈堿基間的氫鍵斷裂，雙螺旋結構解開—也稱為DNA的解螺旋。
分子結構
DNA是由許多脫氧核苷酸按一定堿基順序彼此用3’，5’-磷酸二酯鍵相連構成的長鏈。大多數DNA含有兩條這樣的長鏈，也有的DNA為單鏈，如大腸桿菌噬菌體φX174、G4、M13等。DNA有環形DNA和鏈狀DNA之分。在某些類型的DNA中，5-甲基胞嘧啶可在一定限度內取代胞嘧啶，其中小麥胚DNA的5-甲基胞嘧啶特別豐富。在某些噬菌體中，5-羥甲基胞嘧啶取代了胞嘧啶。40年代后期，查伽夫（E.Chargaff）發現不同物種DNA的堿基組成不同，但其中的腺嘌呤數等于其胸腺嘧啶數（A=T），鳥嘌呤數等于胞嘧啶數（G=C），因而嘌呤數之和等于嘧啶數之和，一般用幾個層次描繪DNA的結構。
一級結構
是指構成核酸的四種基本組成單位——脫氧核糖核苷酸（核苷酸），通過3',5'－磷酸二酯鍵彼此連接起來的線形多聚體，以及其基本單位－脫氧核糖核苷酸的排列順序。
一級結構
每一種脫氧核糖核苷酸由三個部分所組成：一分子含氮堿基+一分子五碳糖（脫氧核糖）+一分子磷酸根。核酸的含氮堿基又可分為四類：腺嘌呤（adenine，縮寫為A），胸腺嘧啶（thymine，縮寫為T），胞嘧啶（cytosine，縮寫為C）和鳥嘌呤（guanine，縮寫為G）。DNA的四種含氮堿基組成具有物種特異性。即四種含氮堿基的比例在同物種不同個體間是一致的，但在不同物種間則有差異。DNA的四種含氮堿基比例具有奇特的規律性，每一種生物體DNA中 A=T ，C=G 查伽夫規則（即堿基互補配對原則）。
二級結構
二級結構
是指兩條脫氧多核苷酸鏈反向平行盤繞所形成的雙螺旋結構。DNA的二級結構分為兩大類：一類是右手螺旋，如A-DNA、B-DNA、C-DNA、D-DNA等；另一類是左手雙螺旋，如Z-DNA。詹姆斯·沃森與佛朗西斯·克里克所發現的雙螺旋，是稱為B型的水結合型DNA，在細胞中最為常見（如圖）。也有的DNA為單鏈，一般見于原核生物，如大腸桿菌噬菌體φX174、G4、M13等。有的DNA為環形，有的DNA為線形。在堿A與T之間可以形成兩個氫鍵，G與C之間可以形成三個氫鍵，使兩條多聚脫氧核苷酸形 成互補的雙鏈，由于組成堿基對的兩個堿基的分布不在一個平面上，氫鍵使堿基對沿長軸旋轉一定角度，使堿基的形狀像螺旋槳葉片的樣子，整個DNA分子形成雙螺旋纏繞狀。堿基對之間的距離是0.34nm,10個堿基對轉一周，故旋轉一周（螺距）是3.4nm，這是β-DNA的結構，在生物體內自然生成的DNA幾乎都是以β-DNA結構存在。
三級結構
是指DNA中單鏈與雙鏈、雙鏈之間的相互作用形成的三鏈或四鏈結構。如H-DNA或R-環等三級結構。DNA的三級結構是指DNA進一步扭曲盤繞所形成的特定空間
三級結構
結構，也稱為超螺旋結構。DNA的超螺旋結構可分為正、負超螺旋兩大類，并可互相轉變。超螺旋是克服張力而形成的。當DNA雙螺旋分子在溶液中以一定構象自由存在時，雙螺旋處于能量最低狀態此為松弛態。如果使這種正常的DNA分子額外地多轉幾圈或少轉幾圈，就是雙螺旋產生張力，如果DNA分子兩端是開放的，這種張力可通過鏈的轉動而釋放出來，DNA就恢復到正常的雙螺旋狀態。但如果DNA分子兩端是固定的，或者是環狀分子，這種張力就不能通過鏈的旋轉釋放掉，只能使DNA分子本身發生扭曲，以此抵消張力，這就形成超螺旋，是雙螺旋的螺旋。
四級結構
核酸以反式作用存在（如核糖體、剪接體），這可看作是核酸的四級水平的結構。
拓撲結構
也是DNA存在的一種形式。DNA的拓撲結構是指在DNA雙螺旋的基礎上，進一步扭曲所形成的特定空間結構。超螺旋結構是拓撲結構的主要形式，它可以分為正超螺旋和負超螺旋兩類，在相應條件下，它們可以相互轉變。
結構特點
DNA的結構一般劃分為一級結構、二級結構、三級結構、四級結構四個階段。
分布功能
原核細胞的遺傳物質是一個長DNA分子，但是原核細胞沒有真正的細胞核。真核細胞核中有不止一個染色體，每個染色體也只含一個DNA分子。不過它們一般都比原核細胞中的DNA分子大而且和蛋白質結合在一起。DNA分子的功能是貯存決定物種的所有蛋白質和RNA結構的全部遺傳信息；策劃生物有次序地合成細胞和組織組分的時間和空間；確定生物生命周期自始至終的活性和確定生物的個性。除染色體DNA外，有極少量結構不同的DNA存在于真核細胞的線粒體和葉綠體中。DNA病毒的遺傳物質也是DNA。
復制方式
PCR原理示意圖
在雙螺旋的DNA中，分子鏈是由互補的核苷酸配對組成的，兩條鏈依靠氫鏈結合在一起。由于氫鏈鏈數的限制，DNA的堿基排列配對方式只能是A對T（由兩個氫鍵相連）或C對G（由三個氫鏈相連）。因此，一條鏈的堿基序列就可以決定了另一條的堿基序列，因為每一條鏈的堿基對和另一條鏈的堿基對都必須是互補的。在DNA復制時也是采用這種互補配對的原則進行的：當DNA雙螺旋被展開時，每一條鏈都用作一個模板，通過互補的原則補齊另外的一條鏈，即半保留復制。
分子鏈的開頭部分稱為3'端而結尾部分稱為5'端，這些數字表示脫氧核糖中的碳原子編號。
DNA的書寫方式應從5'-末端到3'-末端。