Las dos cadenas de polinucleótidos que comprenden cada molécula de ácido desoxirribonucleico, o ADN, se mantienen juntas mediante dos fuerzas: enlaces de hidrógeno y fuerzas hidrostáticas. Los enlaces de hidrógeno se forman entre pares de bases complementarios, mientras que las fuerzas hidrostáticas determinan la orientación del esqueleto de fosfato hidrófilo en relación con los pares de bases más hidrófobos.
Cada cadena de polinucleótido está compuesta por un esqueleto de fosfato cargado negativamente que conecta una secuencia de pares de bases. Los pares de bases son anillos orgánicos no polares, planares que contienen varios grupos de amoníaco y oxígeno. Las moléculas de agua polar forman naturalmente enlaces de hidrógeno con otras moléculas cargadas. Cuando se disuelven en agua, las cadenas de ADN se orientan naturalmente de tal manera que los esqueletos de fosfato más hidrófilos se orientan hacia afuera, formando una estructura helicoidal, con los pares de bases más hidrófobos apilados dentro de la hélice. Cuando se alinean secuencias complementarias de pares de bases en cadenas de ADN opuestas, se forman enlaces de hidrógeno entre los átomos de hidrógeno cargados positivamente y los átomos de oxígeno cargados negativamente dentro de la estructura de los pares de bases. Estos enlaces de hidrógeno agregan estabilidad adicional a la doble hélice del ADN.
