La frase que mejor describe la estructura del ADN es "doble hélice". La molécula de ADN se parece a una escalera torcida. Esta estructura de doble hélice fue propuesta por primera vez por los investigadores James Watson y Francis Crick.
El modelo de la molécula de ADN propuesto por Watson y Crick presenta dos cadenas unidas por hidrógeno entre sí. Los enlaces de hidrógeno son enlaces débiles entre una región ligeramente negativa de una molécula y la región ligeramente positiva de otra. Las dos cadenas corren antiparalelas entre sí. Cada lado de la molécula de ADN consta de dos extremos, un extremo 5 'y un extremo 3'. En la molécula de ADN, los lados son paralelos entre sí, pero el extremo 3 'de un lado se alinea con el extremo 5' del otro.
Las moléculas de ADN tienen lados formados por grupos de fosfato y azúcares alternos, mientras que los peldaños comprenden dos bases nitrogenadas unidas entre sí. Los grupos fosfato del ADN se llaman fosfatos inorgánicos, que consisten en un átomo de fósforo unido a varios átomos de oxígeno. El grupo fosfato se une a un azúcar llamada desoxirribosa. La porción de azúcar se conecta a una de las cuatro bases nitrogenadas: adenina, timina, guanina o citosina.Las cuatro bases se conectan de una manera muy específica. La adenina y la guanina se llaman purinas, mientras que la timina y la citosina son pirimidinas. Los peldaños de la escalera de ADN solo son lo suficientemente grandes para acomodar una purina unida a una pirimidina. De acuerdo con la regla de apareamiento de bases, la adenina se une principalmente a la timina, mientras que la guanina se une a la citosina. Los dos lados de la molécula de ADN se mantienen unidos por el enlace de hidrógeno entre pares de bases.