脱氧核糖核酸简称DNA（deoxyribonucleic acid），是由成千上万个脱氧核糖核苷酸缩合而成的大分子。它的一级结构是它的构件组成及排列顺序，即碱基序列。
在DNA分子中，相邻核苷酸以3’,5’-磷酸二酯键连接构成长链，前一个核苷酸的3’-羟基与后一个核苷酸的5’-磷酸结合。链中磷酸与糖交替排列构成脱氧核糖磷酸骨架，链的一端有自由的5’-磷酸基，称为5’端；另一端有自由3’-羟基，称为3’端。RNA的一级结构也是如此，只是戊糖换成了核糖。
核酸的一级结构
书写DNA时，按从5’向3’方向从左向右进行，并在链端注明5’和3’，如5’pApGpCpTOH3’。也可省略中间的磷酸，写成pAGCT。这是文字式缩写。还有一种不太常用的线条式缩写，用竖线表示戊糖，1'在上，5'在下。
在DNA中，磷酸核糖骨架并无区别，所以遗传信息是由碱基的特定序列携带着。各种基因组测序也是测定碱基序列。
测序原理
DNA的二级结构指的是DNA的螺旋构象。DNA主要以B-型双螺旋结构存在，即1953年Watson和Crick提出的双螺旋模型。
双螺旋模型
DNA双螺旋是由两条反向、平行、互补的DNA链构成的右手双螺旋。两条链的脱氧核糖磷酸骨架反向、平行地按右手螺旋走向，绕一个共同的轴盘旋在双螺旋的外侧，两条链的碱基一一对应互补配对（互为互补链），集中地平行排列在双螺旋的中央，碱基平面与轴垂直。
双螺旋外径2nm，螺距3.4nm，每10对碱基上升一圈。因此每对碱基距离0.34nm，夹角36度。其实这是DNA的平均特征，实际上由于碱基序列的影响，在局部会有所差异。如两个核苷酸之间的夹角可以从28度到42度不等，互补配对的碱基之间也有一定夹角，称为螺旋桨状扭曲。如果精确计算，螺旋的一圈实际含有10.4个碱基对。
碱基互补配对
有两种作用力稳定双螺旋的结构。在水平方向是配对碱基之间的氢键，A=T对形成两个氢键，GC对形成三个氢键。这些氢键是克服两条链间磷酸基团的斥力，使两条链互相结合的主要作用力。在垂直方向，是碱基对平面间的堆积力。堆积力是疏水力与范德华力的共同体现。氢键与堆积力两者本身都是一种协同性相互作用，两者之间也有协同作用。
脱氧核糖磷酸骨架并未将碱基对完全包围起来，在双螺旋表面有两个与双螺旋走向一致的沟，一个较深较宽，称大沟；一个较窄较浅，称小沟。大沟一侧暴露出嘌呤的C6、N7和嘧啶的C4、C5及其取代基团；小沟一侧暴露出嘌呤的C2和嘧啶的C2及其取代基团。因此从两个沟可以辨认碱基对的结构特征，各种酶和蛋白因子可以识别DNA的特征序列。
