DNK (dezoksiribonukleinska kiselina) je molekula koja nosi naslednu informaciju kod skoro svih živih organizama. Građena je od ponavljajućih jedinica koje se zovu nukleotidi.

Nukleotid je osnovna građevna jedinica DNK. Sastoji se od tri dijela: azotne baze, šećera dezoksiriboze (šećer sa pet ugljenikovih atoma) i fosfatne grupe. Ugljenici šećera se numerišu od 1' do 5' ("jedan prim" i tako dalje), a nukleotid dobija ime po azotnoj bazi koju nosi. Kombinacija samo baze i šećera, bez fosfatne grupe, zove se nukleozid - fosfatna grupa je ono što nukleozid pretvara u nukleotid.

Četiri azotne baze dijele se u dvije grupe prema hemijskoj strukturi:

• Purini - adenin (A) i gvanin (G), imaju dvostruku prstenastu strukturu (šesteročlani prsten stopljen sa peteročlanim)
• Pirimidini - citozin (C) i timin (T), manji, samo jedan šesteročlani prsten

Sparivanje baza se uvijek dešava između purina i pirimidina: adenin se pari sa timinom (A-T), a gvanin sa citozinom (G-C). Ovo su takozvana Čargafova pravila, nazvana po austrijskom biohemičaru Ervinu Čargafu, koji je ispitujući DNK različitih vrsta 1950. utvrdio da je količina adenina uvijek jednaka količini timina, a količina gvanina količini citozina, iako se ukupan sastav DNK razlikuje od vrste do vrste. U vrijeme kad je Čargaf ovo objavio, još se nije znalo zašto ta pravilnost važi - objašnjenje je došlo tek sa otkrićem strukture dvostruke uzvojnice.

Parovi baza se drže zajedno vodoničnim vezama: A-T par ima dvije vodonične veze, G-C par tri. Zbog te dodatne veze, DNK bogata G-C parovima se teže razdvaja (razmotava) toplotom od DNK bogate A-T parovima - opšte pravilo iz molekularne biologije, ne iz izvora citiranih niže za ostatak članka.

Šećerno-fosfatni lanac. Fosfatna grupa jednog nukleotida se vezuje za 3' ugljenik šećera susjednog nukleotida (5'-3' fosfodiestarska veza), gradeći dugačak lanac naizmjeničnih šećera i fosfata - to je "kičma" molekule, dok azotne baze strše ka unutra. Dva takva lanca su antiparalelna: jedan ide u smjeru 5'→3', drugi u suprotnom smjeru 3'→5', tako da je 3' kraj jedne niti okrenut ka 5' kraju druge.

Dvostruka uzvojnica. Dvije antiparalelne niti se uvijaju jedna oko druge u desnokretnu spiralu (double helix), koju su prvi opisali Džejms Votson i Fransis Krik 1953. godine. Struktura ima jednolik prečnik od 2 nanometra kroz cijelu dužinu - to je moguće jedino zato što se uvijek pari purin sa pirimidinom (veći sa manjim), nikad purin sa purinom (bilo bi preveliko) ili pirimidin sa pirimidinom (bilo bi premalo). Svaki par baza je udaljen 0,34 nm od sljedećeg, a jedan pun okret uzvojnice iznosi 3,4 nm, što znači deset parova baza po okretu. Uvrtanje dvije niti stvara veliki i mali žlijeb (major/minor groove) - ta dva žlijeba su mjesta gdje se proteini koji čitaju ili kopiraju DNK (npr. tokom transkripcije ili replikacije) vezuju za molekulu.

DNK naspram RNK. Šećer u DNK je dezoksiriboza, dok je u RNK riboza (razlika je u jednom kiseoniku na 2' ugljeniku). RNK takođe umjesto timina koristi drugu pirimidinsku bazu, uracil.