DNA merupakan polimer panjang yang terhasil daripada unit nukleotida yang berulang-ulang.[1][2] Strukturnya yang anjal berkebolehan melingkar menjadi gelung ketat serta bentuk yang lain.[3] Dalam semua spesies, DNA terdiri daripada dua rantaian heliks yang diikat satu sama lain melalui ikatan hidrogen. Kedua-dua rantaian ini melingkar pada paksi yang sama serta mempunyai jarak benang sebanyak 34 ångström (3.4 nanometer). Radius pasangan rantaian ini berukuran sebanyak 10 ångström (1.0 nanometer).[4]

Dalam organisma hidup, DNA tidak biasanya wujud sebagai molekul tunggal melainkan sebagai sepasang molekul yang diikat bersama..[4][5] Bebenang ini saling melingkar seperti gain (vine) dalam bentuk pilin kembar. Nukleotidanya mempunyai segmen tulang belakang molekul DNA (yang menghubungkan bebenang bersama) dan nukleobes (yang berinteraksi dengan DNA lain dalam heliks). Nukleobes yang berhubung dengan gula dipanggil nukleosida manakala bes yang diikat bersama gula serta satu atau lebih kumpulan fosfat dipanggil nukleotida. Polimer yang terdiri daripada banyak nukleotida (seperti DNA) yang berhubung dikenali sebagai polinukleotida.[6]

Heliks kembar DNA distabilkan oleh dua daya utama: ikatan hidrogen antara nukleotida dan base-stacking interactions among aromatic nucleobases.[7] Dalam persekitaran sel yang akueus, ikatan π konjugat bes nukleotida tersusun berseranjang dengan paksi molekul DNA mengurangkan interaksi bes-bes ini dengan petala pensolvatan (solvation shell). Terdapat empat bes yang dijumpai pada DNA iaitu adenina (A), sitosina (C), guanina (G) and tiamina (T). Keempat-empat bes ini melekat pada fosfat gula membentuk nukleotida yang sempurna, sepertimana yang ditunjukkan pada struktur adenosina monofosfat. Adenina berpasangan dengan tiamina manakala guanina berpasangan dengan sitosina di mana ia diwakili oleh pasangan bes A-T dan G-C.[8][9]