Το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ, ή DNA, είναι το μόριο που συγκρατεί το γενετικό υλικό για όλους τους οργανισμούς. Βρίσκεται στους περισσότερους ιούς, σε όλα τα βακτήρια και σε όλα τα φυτικά και ζωικά κύτταρα. Το DNA βρίσκεται στον πυρήνα, ή στο κέντρο ελέγχου, του κυττάρου. Μπορεί επίσης να βρεθεί στα μιτοχόνδρια και στους χλωροπλάστες, στα κύτταρα που τα έχουν, όπως τα φυτά.
Ένα μόριο δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος αποτελείται από μια μακριά αλυσίδα νουκλεοτιδίων. Τα μόρια νουκλεοτιδίων σχηματίζονται όταν ένα μόριο σακχάρου πέντε άνθρακα, ένα σάκχαρο πεντόζης, ενώνεται με μια φωσφορική ομάδα και μια οργανική βάση. Μέσα σε ένα μόριο DNA, το σάκχαρο είναι δεοξυριβόζη και οι οργανικές βάσεις μπορεί να είναι είτε αδενίνη, θυμίνη, κυτοσίνη ή γουανίνη.
Τα μόρια DNA είναι μακρομόρια. Αποτελούνται από πολλές υπομονάδες που είναι είτε παρόμοιες είτε πανομοιότυπες μεταξύ τους. Οι υπομονάδες, τα νουκλεοτίδια, ενώνονται μεταξύ τους από άκρη σε άκρη, παρόμοια με ένα μαργαριταρένιο κολιέ. Το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ είναι ένα πολυνουκλεοτίδιο, αλλά συνήθως αναφέρεται ως νουκλεϊκό οξύ.
Τα μεμονωμένα νουκλεοτίδια ενώνονται μεταξύ της φωσφορικής ομάδας ενός και του μορίου σακχάρου ενός άλλου. Μια αντίδραση συμπύκνωσης λαμβάνει χώρα για την ένωση των δύο νουκλεοτιδίων μεταξύ τους και επίσης παράγει νερό. Η ομάδα ζάχαρης και φωσφορικών αλάτων είναι ίδια σε όλο το μήκος της αλυσίδας, αλλά οποιαδήποτε από τις τέσσερις βάσεις μπορεί να προσκολληθεί στη ζάχαρη.
Ένα μόριο DNA αποτελείται από δύο συμπληρωματικούς κλώνους νουκλεοτιδίων που ενώνονται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των βάσεων. Κάθε βάση μπορεί να συνδεθεί μόνο με μια άλλη βάση. Συγκεκριμένα, η αδενίνη πάντα ζευγαρώνει με τη θυμίνη και η κυτοσίνη πάντα με τη γουανίνη. Μεταξύ της αδενίνης και της θυμίνης, υπάρχουν δύο δεσμοί υδρογόνου, και μεταξύ της κυτοσίνης και της γουανίνης, υπάρχουν τρεις δεσμοί. Οι δύο κλώνοι νουκλεοτιδίων σπειροειδώς ο ένας γύρω από τον άλλο σχηματίζουν μια δομή άλφα διπλής έλικας.
Η συγκεκριμένη αλληλουχία των νουκλεοτιδίων κατά μήκος του μορίου του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος είναι αυτή που καθορίζει τον γενετικό κώδικα για κάθε κύτταρο. Τα γονίδια αποτελούνται από μήκη νουκλεοτιδίων κατά μήκος ενός μορίου DNA. Είναι αλληλουχίες τριπλών νουκλεοτιδίων κατά μήκος του μορίου δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος. Αυτές οι τριπλέτες καθορίζουν ποια αμινοξέα θα χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία πρωτεϊνών. Συγκεκριμένες τριπλέτες βάσεων κωδικοποιούν διαφορετικά αμινοξέα.
Ο γενετικός κώδικας του μορίου του DNA καθορίζει ποιες πρωτεΐνες πρέπει να σχηματιστούν σε ένα κύτταρο. Διαφορετικές χημικές αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα μέσα σε διαφορετικά κύτταρα ανάλογα με τον τύπο του κυττάρου και τη λειτουργία του. Αυτές οι χημικές αντιδράσεις ελέγχονται από ένζυμα, τα οποία είναι πρωτεΐνες. Επομένως, το DNA καθορίζει τη δομή και τη λειτουργία ενός κυττάρου με βάση το γεγονός ότι η αλληλουχία των νουκλεοτιδίων καθορίζει ποιες πρωτεΐνες πρέπει να σχηματιστούν και πότε.