Τα ζεύγη βάσεων είναι ζεύγη νουκλεοτιδίων που ενώνονται με έναν δεσμό υδρογόνου που βρίσκεται στο DNA και το RNA. Αυτό το γενετικό υλικό είναι τυπικά δίκλωνο, με δομή που μοιάζει με σκάλα, και κάθε σύνολο ζευγών βάσεων αποτελεί ένα μόνο σκαλί της σκάλας. Τα ζεύγη βάσεων έχουν μια σειρά από ενδιαφέρουσες ιδιότητες που τα καθιστούν θέματα ενδιαφέροντος και η κατανόηση του πώς λειτουργούν τα ζεύγη βάσεων είναι σημαντική για πολλούς γενετιστές.
Τα νουκλεοτίδια που συνθέτουν το DNA είναι η αδενίνη (Α), η θυμίνη (Τ), η κυτοσίνη (C) και η γουανίνη (G). Στο RNA, η θυμίνη αντικαθίσταται με ουρακίλη (U). Μαζί, αυτές οι μικρές χημικές ενώσεις συνθέτουν τον γενετικό κώδικα ενός οργανισμού, με τη διάταξή τους να κωδικοποιεί για την παραγωγή ενός αριθμού πρωτεϊνών. Η αδενίνη μπορεί να συνδεθεί μόνο με τη θυμίνη και η κυστοσίνη μπορεί να συνδεθεί μόνο με τη γουανίνη. Αυτό σημαίνει, για παράδειγμα, ότι όταν εξετάζεται ένας κλώνος DNA, εάν υπάρχει ένα Α στο ένα άκρο ενός σκαλοπατιού, ένα Τ πρέπει να είναι στο άλλο.
Η αδενίνη και η γουανίνη είναι και οι δύο τύποι μορίων γνωστών ως πουρίνες, ενώ η θυμίνη και η κυτοσίνη είναι πυριμιδίνες. Οι πουρίνες είναι μεγαλύτερες, με δομή που απαγορεύει σε δύο από αυτές να εφαρμόζουν σε ένα σκαλοπάτι της σκάλας, ενώ οι πυριμιδίνες είναι πολύ μικρές. Αυτό σημαίνει ότι η αδενίνη δεν μπορεί να γίνει ένα ζεύγος βάσεων με τη γουανίνη και η θυμίνη δεν μπορεί να είναι σε ένα ζεύγος βάσεων με την κυτοσίνη.
Θα μπορούσε κανείς εύλογα να αναρωτηθεί γιατί η πουρινική αδενίνη δεν μπορούσε να συνδεθεί με την πυριμιδίνη κυτοσίνη και γιατί η θυμίνη δεν μπορεί να συνδεθεί με τη γουανίνη. Η απάντηση έχει να κάνει με τη μοριακή δομή αυτών των ενώσεων. Η αδενίνη δεν μπορεί να σχηματίσει δεσμό υδρογόνου με την κυτοσίνη, όπως η θυμίνη δεν μπορεί να σχηματίσει δεσμό υδρογόνου με τη γουανίνη. Αυτές οι ιδιότητες υπαγορεύουν τη θεμελιώδη διάταξη των ζευγών βάσεων, με την ένωση στο ένα άκρο του κλιμακίου να υπαγορεύει ποια ένωση θα βρίσκεται στην άλλη πλευρά.
Χρειάζονται πολλά σετ ζευγών βάσεων για να δημιουργηθεί ένα μόνο γονίδιο και κάθε δεδομένος κλώνος DNA μπορεί να περιέχει πολλά γονίδια εκτός από τμήματα αυτού που είναι γνωστό ως «μη κωδικοποιητικό DNA», DNA που δεν φαίνεται να έχει καμία λειτουργία. Το ανθρώπινο γονιδίωμα περιέχει περίπου τρία δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων, γεγονός που εξηγεί γιατί χρειάστηκε τόσος χρόνος για την επιτυχή αλληλουχία του ανθρώπινου γονιδιώματος και η κατανόηση της διάταξης των ζευγών βάσεων δεν βοηθά τους ανθρώπους να κατανοήσουν πού βρίσκονται συγκεκριμένα γονίδια και τι κάνουν αυτά τα γονίδια. Κατά κάποιο τρόπο, τα ζεύγη βάσεων θα μπορούσαν να θεωρηθούν το αλφάβητο που χρησιμοποιείται για τη συγγραφή του βιβλίου του γενετικού κώδικα.