1953年4月25日發表在英國《自然》雜志上的一篇論文《核酸的分子結構——脫氧核糖核酸的一個結構模型》，揭開了DNA的結構之迷。沃森、克里克和維爾金斯三人也因此共同獲得了1962年的諾貝爾生理學或醫學獎。那么，DNA分子的結構到底是怎樣的呢?
　　1.基本單位
　　DNA分子的基本單位是脫氧核苷酸。每分子脫氧核苷酸由一分子含氮堿基、一分子磷酸和一分子脫氧核糖通過脫水縮合而成。由于構成DNA的含氮堿基有四種：腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)，因而脫氧核苷酸也有四種，它們分別是腺嘌呤脫氧核苷酸、鳥嘌呤脫氧核苷酸、胸腺嘧啶脫氧核苷酸和胞嘧啶脫氧核苷酸。
　　2.分子結構
　　DNA分子的立體結構為規則的雙螺旋結構，具體為：由兩條DNA反向平行的DNA鏈盤旋成雙螺旋結構。DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側，構成基本骨架;堿基排列在內側。DNA分子兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對(A與T通過兩個氫鍵相連、C與G通過三個氫鍵相連)，堿基配對遵循堿基互補配對原則。應注意以下幾點：
　　⑴DNA鏈：由一分子脫氧核苷酸的3號碳原子與另一分子脫氧核苷酸的5號碳原子端的磷酸基團之間通過脫水縮合形成磷酸二脂鍵，由磷酸二脂鍵將脫氧核苷酸連接成鏈。
　　⑵5'端和3'端：由于DNA鏈中的游離磷酸基團連接在5號碳原子上，稱5'端;另一端的的3號碳原子端稱為3'端。
　　⑶反向平行：指構成DNA分子的兩條鏈中，總是一條鏈的5'端與另一條鏈的3'端相對，即一條鏈是3'～5'，另一條為5'~～3'。
　　⑷堿基配對原則：兩條鏈之間的堿基配對時，A與T配對、C與G配對。雙鏈DNA分子中，A=T，C=G(指數目)，A%=T%，C%=G%，可據此得出：
　　①A+G=T+C：即嘌呤堿基數與嘧啶堿基數相等;
　　②A+C(G)=T+G(C)：即任意兩不互補堿基的數目相等;
　　③A%+C%=T%+G%=A%+G%=T%+C%=50%：即任意兩不互補堿基含量之和相等，占堿基總數的50%;
　　④(A1+T1)/(C1+G1)=(A2+T2)/(C2+G2)=(A+T)/(C+G)=A/C=T/G：即雙鏈DNA及其任一條鏈的(A+T)/(C+G)為一定值;
　　⑤(A1+C1)/(T1+G1)=(T2+G2)/(A2+C2)=1/[(A2+C2)/(T2+G2)]：DNA分子兩條鏈中的(A+C)/(T+G)互為倒數;雙鏈DNA分子的(A+C)/(T+G)=1。
　　根據以上推論，結合已知條件可方便的計算DNA分子中某種堿基的數量和含量。
　　3.結構特點
　　⑴穩定性：規則的雙螺旋結構使其結構相對穩定，一般不易改變。
　　⑵多樣性：雖然構成DNA的堿基只有四種，但由于構成每個DNA分子的堿基對數、堿基種類及排列順序多樣，可形成多種多樣的DNA分子。
　　⑶特異性：對一個具體的DNA分子而言，其堿基對特定的排列順序可使其攜帶特定的遺傳信息，決定該DNA分子的特異性。