Deoksiribonukleinska kiselina, ili DNK, je ono od čega se sastoje geni. Unutar molekule DNK pojavljuju se četiri različita građevna bloka nukleotida. Svaki sadrži pet ugljičnih šećera i fosfatnu skupinu, ali se razlikuje ovisno o tome koja je organska baza spojena. Četiri baze koje se nalaze u molekuli DNK su adenin, timin, citozin i gvanin.
Molekula DNK sastoji se od dva lanca nukleotida koji spiralno kruže jedan oko drugog i tvore dvostruku spiralu. Okosnicu nukleotida stvara vezivanje šećera jednog nukleotida s fosfatnom grupom sljedećeg. Dva lanca zajedno drže vodikove veze između baza suprotnih nukleotida. Ova vodikova veza je vrlo specifična i javlja se samo između komplementarnih parova baza.
Struktura svake baze određuje točnu bazu s kojom će se upariti. Sve četiri baze imaju prstenastu strukturu koja sadrži i atome ugljika i dušika, pa se često nazivaju dušičnim bazama. Iako svaki ima drugačiju kemijsku strukturu, oni su grupirani u dvije kategorije na temelju broja prstenova koje sadrže. Adenin i gvanin su purinske baze i imaju dvostruku prstenastu strukturu. Citozin i timin imaju jednostruku prstenastu strukturu i pirimidinske su baze.
Dva važna ograničenja postavljaju se na to kako se mogu formirati križne prečke između lanaca DNA kako bi se stvorile vodikove veze i došlo do pravilnog smotanja dvostruke spirale. Prvo, purinske baze se vežu samo s pirimidinskim bazama. Ako se purinske baze vežu samo s pirimidinskim bazama, duljina poprečne prečke između lanaca DNA ostat će konstantna. Kad bi se purinske baze mogle vezati s purinskim bazama ili pirimidinske baze s pirimidinskim bazama, promijenila bi se duljina poprečne prečke uzrokujući da se molekula DNA savija i izlazi.
Drugo, i točnije, adenin se veže samo s timinom, a citozin samo s gvaninom. Kada se adenin veže s timinom, nastaju dvije vodikove veze. Između citozina i gvanina nastaju tri vodikove veze. Samo su ova dva para sposobna stvoriti potrebne vodikove veze za održavanje stabilnosti molekule DNA.
Ono što je nevažno u molekuli DNK je redoslijed pojavljivanja baza. To znači da mogu postojati četiri različite križne prečke – adenin s timinom, timin s adeninom, citozin s guaninom i guanin s citozinom. Ovo je biološki značajno jer znači da bazni slijed jednog lanca molekule DNA specificira bazni slijed drugog lanca. Drugim riječima, dva se niza mogu razdvojiti i napraviti točne kopije svaki put kada se stanica podijeli.
Timin je jedinstven među četiri baze jer se pojavljuje samo u molekulama DNK. Adenin, citozin i gvanin također se nalaze u nukleotidima koji čine ribonukleinsku kiselinu ili RNA. Unutar RNA molekule timin je zamijenjen uracilom.