З хімічної точки зору ДНК – довга полімерна молекула, що складається з блоків, що повторюються – нуклеотидів. Кожен нуклеотид складається з азотистої основи, цукру (дезоксирибози) та фосфатної групи. Зв'язки між нуклеотидами в ланцюзі утворюються за рахунок дезоксирибози та фосфатної групи (фосфодіефірні зв'язки).
Код ДНК складається із чотирьох «символів», або нуклеотидів. Ці чотири різновиди нуклеотидів позначаються буквами А (аденін), Т (тимін), Г (гуанін) та Ц (цитозин). У нитках ДНК нуклеотиди з'єднані один за одним у довгі ланцюжки. У результаті закодована інформація виглядає приблизно так: ААТГЦГТААГЦЦ і так далі.
Ланцюжки в молекулі ДНК протилежно спрямовані. Остів ланцюгів ДНК утворений сахарофосфатними залишками, а азотисті основи обох ланцюгів розташовуються відповідно до правила комплементарності.
Молекула ДНК двотяжка, складається з двох полімерних ланцюгів, з'єднаних водневими зв'язками та стекінг-взаємодіями та закручених у правосторонню спіраль (вторинна та третинна структура). Молекула ДНК містить гени та міжгенні області.