Le due catene polinucleotidiche che comprendono ciascuna molecola di acido desossiribonucleico, o DNA, sono tenute insieme da due forze: legame idrogeno e forze idrostatiche. I legami idrogeno si formano tra coppie di basi complementari, mentre le forze idrostatiche determinano l'orientamento dello scheletro idrofilo del fosfato rispetto alle coppie di basi più idrofobe.
Ciascuna catena polinucleotidica è costituita da una spina dorsale di fosfato caricata negativamente che collega una sequenza di coppie di basi. Le coppie di basi sono anelli non polari, planari, organici contenenti vari gruppi di ammoniaca e ossigeno. Le molecole d'acqua polari formano naturalmente legami idrogeno con altre molecole caricate. Quando si dissolvono in acqua, le catene del DNA si orientano naturalmente in modo tale che le dorsali di fosfato più idrofile si affacciano verso l'esterno, formando una struttura elicoidale, con le coppie di basi più idrofobe accatastate all'interno dell'elica. Quando le sequenze complementari di coppie di basi su filamenti di DNA opposti sono allineate, i legami di idrogeno si formano tra atomi di idrogeno carichi positivamente e atomi di ossigeno caricati negativamente all'interno della struttura delle coppie di basi. Questi legami idrogeno aggiungono ulteriore stabilità alla doppia elica del DNA.
