Expresia care descrie cel mai bine structura ADN-ului este "helix dublu". Moleculele ADN seamănă cu o scară care a fost răsucite. Această structură dublu-elicoidală a fost inițial propusă de cercetătorii James Watson și Francis Crick.
Modelul moleculei ADN propus de Watson și Crick prezintă două lanțuri legate hidrogen unul cu celălalt. Legăturile de hidrogen sunt legături slabe între o regiune ușor negativă a unei molecule și regiunea puțin pozitivă a unei alte molecule. Cele două lanțuri se execută antiparalel unul față de altul. Fiecare parte a moleculei ADN constă din două capete, un capăt 5 'și un capăt 3'. În molecula ADN, laturile sunt paralele una cu cealaltă, dar capătul 3 al unei laturi se aliniază cu capătul 5 al celuilalt.
Moleculele ADN au părți alcătuite din grupări de fosfat și zaharuri alternante, în timp ce treptele cuprind două baze azotate legate una de cealaltă. Grupurile fosfatice ale ADN-ului se numesc fosfați anorganici, care constau dintr-un atom de fosfor legat la mai mulți atomi de oxigen. Grupul fosfat este apoi legat de un zahar numit deoxiriboză. Porțiunea de zahăr se conectează la una din cele patru baze azotate: adenină, timină, guanină sau citozină.
Cele patru baze se conectează într-un mod foarte specific. Adenina și guanina se numesc purine, în timp ce timina și citozina sunt pirimidine. Treptele scării ADN sunt doar suficient de mari pentru a găzdui o purină legată de o pirimidină. Conform regulii de împerechere de bază, adenina se leagă în principal de timină, în timp ce legăturile de guanină cu citozina. Cele două laturi ale moleculei ADN sunt ținute împreună prin legarea de hidrogen dintre perechi de baze.
