O DNA apresenta duas cadeias de nucleótidos complementares, de acordo com o emparelhamento obrigatório das bases constituintes dos nucleótidos que o compõem: A-T e G-C.
Os desoxirribonucleotidos de uma cadeia simples de DNA estão ligados entre si través de uma ligação fosfodiéster entre o carbono 3' do nucleotídeo anterior e o carbono 5' do nucleotídeo posterior. Deste modo, a cadeia de DNA apresenta uma extremidade livre, a 3' com um grupo hidroxilo e uma extremidade 5' livre com um grupo fosfato.
O DNA apresenta uma estrutura secundária sob a forma de “dupla-hélice” (Watson e Crick, 1953), formada por duas cadeias complementares antiparalelas (com sentidos opostos, designando-se uma por 3’-5’ e a outra por 5’-3’), ligadas pelo estabelecimento de pontes de hidrogénio entre as bases azotadas complementares das duas cadeias.