Το αρχαίο DNA αναφέρεται στο διατηρημένο DNA από υποαπολιθωμένα (όχι πλήρως απολιθωμένα) υπολείμματα αρχαίων ζώων ή ανθρώπων. Για παράδειγμα, το αρχαίο DNA έχει εξαχθεί με επιτυχία από τα οστά των Νεάντερταλ, εξαφανισμένων συγγενών ανθρώπων. μαμούθ, μεγάλα θηρία σαν ελέφαντα που περιπλανήθηκαν στη Γη κατά την τελευταία Εποχή των Παγετώνων και Αιγύπτιοι ιερείς που έζησαν πριν από 4000 χρόνια. Τα απολιθώματα προσφέρουν συγκριτικά λίγες πληροφορίες σε σχέση με το τι μπορούμε να μάθουμε από τον προσδιορισμό της αλληλουχίας του αρχαίου DNA, επομένως έχουν μεγάλη ζήτηση και υπάρχουν πολλοί γενετιστές που ειδικεύονται στο αρχαίο DNA.
Η έννοια του αρχαίου DNA έγινε δημοφιλής από την ταινία του Στίβεν Σπίλμπεργκ Jurassic Park, μια από τις πιο δημοφιλείς ταινίες της δεκαετίας του 1990. Στο Jurassic Park, οι δεινόσαυροι αναβιώνουν εξάγοντας το DNA τους από κουνούπια που έχουν διατηρηθεί σε κεχριμπάρι που τσίμπησαν αυτούς τους δεινόσαυρους λίγο πριν παγιδευτούν σε ρητίνη δέντρων. Πράγματι, σε ένα σημείο θεωρήθηκε ότι έχει ανακτηθεί DNA δεινοσαύρων, αλλά οι μεταγενέστερες αναλύσεις έδειξαν ότι αυτό δεν ισχύει και ότι το εν λόγω DNA προέρχεται από μόλυνση. Μελέτες υποδεικνύουν ότι το αρχαιότερο νόμιμο αρχαίο DNA έχει ηλικία περίπου ενός εκατομμυρίου ετών. Υπάρχει κάποια διαφωνία ως προς το εάν DNA παλαιότερο από αυτό μπορεί να διατηρηθεί σε κεχριμπάρι.
Το αρχαίο DNA σημαίνει ότι τα γονιδιώματα ορισμένων εξαφανισμένων ειδών, όπως οι Νεάντερταλ, μπορούν να αλληλουχηθούν. Το Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ για την Εξελικτική Ανθρωπολογία ανέλυσε πλήρως την αλληλουχία του γονιδιώματος του Νεάντερταλ το 2008, καθιστώντας το το δεύτερο γονιδίωμα ανθρωποειδών (εκτός από τον άνθρωπο) που αναλύθηκε πλήρως. Το αρχαίο DNA για το έργο του γονιδιώματος του Νεάντερταλ ελήφθη από ένα δείγμα 38,000 ετών που βρέθηκε σε μια σπηλιά στην Κροατία.
Ορισμένοι ειδικοί στον τεχνολογικό κίνδυνο ξαφνιάστηκαν όταν το 2007 καθορίστηκε ο γενετικός κώδικας του ιού της ισπανικής γρίπης του 1918 με βάση το DNA που ανακτήθηκε από υπολείμματα ανθρώπων που είχαν υποκύψει στην ασθένεια παγωμένα σε πάγο. Η ισπανική γρίπη του 1918 ήταν η χειρότερη παγκόσμια πανδημία από τον Μαύρο Θάνατο στην Ευρώπη του 15ου αιώνα, σκοτώνοντας 100 εκατομμύρια ανθρώπους. Είναι περισσότεροι άνθρωποι από αυτούς που πέθαναν και στους δύο Παγκόσμιους Πολέμους μαζί. Ο γενετικός κώδικας αυτού του ιού της ισπανικής γρίπης τέθηκε ανοιχτά στο Διαδίκτυο, για να τον χρησιμοποιήσει ο καθένας θεωρητικά. Αυτό είναι το μειονέκτημα των αρχαίων μελετών DNA.