Υπάρχουν πολλαπλά επίπεδα δομής στο ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA), τα οποία περιγράφονται ως πρωτογενής δομή, δευτερεύουσα δομή, τριτοταγής δομή και τεταρτοταγής δομή. Η κύρια δομή του RNA αναφέρεται στην αλληλουχία των μονάδων γενετικής πληροφορίας, που ονομάζονται νουκλεοτίδια. Η δευτερεύουσα δομή του αποτελείται από τα ζεύγη που σχηματίζονται όταν τα νουκλεοτίδια της αλληλουχίας συνδέονται μεταξύ τους. Η τριτογενής δομή είναι ακόμη πιο πολύπλοκη, που περιλαμβάνει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ περιοχών της δευτερογενούς δομής και σε ολόκληρο το μόριο. Η τεταρτοταγής δομή ισχύει μόνο όταν αλληλεπιδρούν πολλαπλές αλυσίδες RNA και είναι τυχόν αλληλεπιδράσεις ή δομικές αλλαγές που συμβαίνουν όταν αυτές οι αλυσίδες ενώνονται.
Η κύρια δομή του RNA αποτελείται συνήθως από ένα κλώνο νουκλεοτιδίων. Τέσσερις τύποι νουκλεοτιδίων μπορούν να βρεθούν σε αυτόν τον κλώνο, που ονομάζονται αδενίνη (Α), κυτοσίνη (C), γουανίνη (G) και ουρακίλη (U). Πολλά νουκλεοτίδια τροποποιούνται σε RNA, προσθέτοντας ή αφαιρώντας άτομα από ή από τα αρχικά νουκλεοτίδια για να αλλάξουν τις ιδιότητές τους. Υπάρχουν εκατοντάδες διαφορετικές τροποποιήσεις νουκλεοτιδίων και τα αποτελέσματά τους ποικίλλουν ανάλογα με τον τύπο μορίου RNA, το είδος στο οποίο συμβαίνει η τροποποίηση και το περιβάλλον στο οποίο γίνεται η τροποποίηση. Οι περισσότερες από αυτές τις νουκλεοτιδικές τροποποιήσεις έχουν τυπικούς περιγραφικούς κωδικούς, όπως κάνουν τα νουκλεοτίδια, αλλά γενικά δεν είναι τόσο γνωστοί.
Δευτερεύουσα δομή RNA και διπλές έλικες δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος (DNA) σχηματίζονται με παρόμοιο τρόπο, όπου τα νουκλεοτίδια συνδέονται μεταξύ τους σε ζεύγη βάσεων, δίνοντας στο μόριο μια συνολική δομή. Υπάρχουν σημαντικές διαφορές στον τρόπο με τον οποίο σχηματίζεται η δευτερογενής δομή του RNA, έναντι των διπλών ελίκων του DNA. Και στο RNA και στο DNA, η κυτοσίνη συνδέεται με τη γουανίνη, αλλά η αδενίνη συνδέεται με την ουρακίλη και όχι με τη θυμίνη, στο RNA. Η δευτερογενής δομή του RNA είναι σπάνια διπλή έλικα. σχηματίζει μια ποικιλία συγκεκριμένων βρόχων, διογκώσεων και τύπων έλικας που ευθυγραμμίζονται πολύ διαφορετικά από ό, τι φαίνεται στο DNA. Η δευτερογενής δομή του RNA γενικά είναι πιο περίπλοκη, αν και όχι απαραίτητα λιγότερο τακτοποιημένη, από τις διπλές έλικες του DNA.
Η τριτοταγής δομή του RNA επιτρέπει στο μόριο να διπλωθεί στην πλήρως λειτουργική του διαμόρφωση. Ορισμένα μόρια RNA, λόγω της τριτογενούς δομής τους, έχουν συγκεκριμένες λειτουργίες. Αυτά τα μη κωδικοποιητικά μόρια RNA (ncRNA) μπορούν να εξυπηρετήσουν πολλούς σκοπούς και η ανακάλυψη αυτών των βιολογικών εφαρμογών αποτέλεσε το αντικείμενο πολλαπλών βραβείων Νόμπελ. Μια κατηγορία ncRNA, που ονομάζονται ριβοένζυμα, είναι ένζυμα RNA που μπορούν να καταλύσουν βιοχημικές αντιδράσεις όπως ακριβώς κάνουν τα ένζυμα πρωτεΐνης. Μια άλλη κατηγορία, που ονομάζεται riboswitches, ελέγχει την γονιδιακή έκφραση ενεργοποιώντας και απενεργοποιώντας τα γονίδια με βάση το περιβάλλον της.
Η τεταρτοταγής δομή του RNA μπαίνει στο παιχνίδι μέσα σε ορισμένα μακρομόρια όπως το ριβόσωμα, το οποίο χτίζει πρωτεΐνες στο κύτταρο. Τα ριβοσώματα αποτελούνται από πολλαπλές αλυσίδες RNA και οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ αυτών των αλυσίδων πρέπει να είναι ακριβείς και αυστηρά ρυθμισμένες για να λειτουργεί σωστά το ριβοσώμα. Προκειμένου οι αλυσίδες RNA να έχουν τεταρτοταγή δομή, πρέπει να συγκεντρωθούν για να σχηματίσουν μια νέα δομή συσσωματωμάτων, όχι απλώς να αλληλεπιδράσουν και στη συνέχεια να διαχωριστούν ξανά. Η τεταρτοταγής δομή σχηματίζεται πιο αργά από όλα τα επίπεδα δομής RNA και συνήθως το πιο πολύπλοκο.