Postoji više razina strukture u ribonukleinskoj kiselini (RNA), koje se opisuju kao primarna struktura, sekundarna struktura, tercijarna struktura i kvarterna struktura. Primarna struktura RNA odnosi se na njen slijed genetskih informacijskih jedinica, nazvanih nukleotidi. Njegova sekundarna struktura sastoji se od parova nastalih kada se nukleotidi u slijedu vežu jedan za drugi. Tercijarna struktura je još složenija, obuhvaća interakcije između regija sekundarne strukture i kroz cijelu molekulu. Kvartarna struktura primjenjuje se samo kada više lanaca RNA interagira, a to su sve interakcije ili strukturne promjene koje se javljaju kada se ti lanci spoje.
Primarna struktura RNA obično se sastoji od jednog lanca nukleotida. Četiri vrste nukleotida mogu se naći u ovoj niti, nazvane adenin (A), citozin (C), guanin (G) i uracil (U). Mnogi nukleotidi su modificirani u RNA, dodajući ili oduzimajući atome izvornim nukleotidima ili od njih kako bi se promijenila njihova svojstva. Postoje stotine različitih nukleotidnih modifikacija, a njihovi učinci variraju ovisno o vrsti molekule RNA, vrsti u kojoj se modifikacija događa i okruženju u kojem se modifikacija vrši. Većina ovih nukleotidnih modifikacija ima standardne deskriptivne kodove, kao i nukleotidi, ali općenito nisu tako dobro poznati.
Sekundarna struktura RNA i dvostruke spirale deoksiribonukleinske kiseline (DNA) formiraju se na sličan način, gdje se nukleotidi vežu zajedno u parove baza, dajući molekuli cjelokupnu strukturu. Postoje značajne razlike u načinu na koji se formira sekundarna struktura RNK u odnosu na dvostruke spirale DNK. I u RNK i u DNK, citozin se veže na gvanin, ali adenin se veže za uracil, a ne timin, u RNA. Sekundarna struktura RNA rijetko je dvostruka spirala; tvori niz specifičnih petlji, izbočina i tipova spirale koji su poredani vrlo različito od onoga što se vidi u DNK. Sekundarna struktura RNA općenito je složenija, iako ne nužno manje uređena, od dvostrukih spirala DNK.
Tercijarna struktura RNA omogućuje molekuli da se sklopi u svoju potpuno funkcionalnu konformaciju. Određene RNA molekule, zbog svoje tercijarne strukture, imaju specifične funkcije. Ove nekodirajuće RNA (ncRNA) molekule mogu poslužiti u mnoge svrhe, a otkriće ovih bioloških primjena bilo je predmet višestrukih Nobelovih nagrada. Jedna klasa ncRNA, nazvana ribozimi, su RNA enzimi koji mogu katalizirati biokemijske reakcije baš kao što to čine proteinski enzimi. Druga klasa, nazvana riboswitches, kontrolira ekspresiju gena tako što uključuje i isključuje gene na temelju svog okruženja.
Kvaternarna struktura RNA dolazi u igru unutar određenih makromolekula poput ribosoma, koji izgrađuje proteine u stanici. Ribosomi se sastoje od više lanaca RNA, a interakcije između tih lanaca moraju biti precizne i strogo regulirane kako bi ribosom ispravno funkcionirao. Kako bi RNA lanci imali kvaternarnu strukturu, moraju se spojiti kako bi formirali novu konglomeratnu strukturu, a ne samo u interakciji, a zatim ponovno razdvojiti. Kvartarna struktura se formira najsporije od svih razina strukture RNA i obično je najsloženija.