Le sostanze che costituiscono i lati della scala del DNA alternano gruppi fosfato e molecole di zucchero desossiribosio. I gruppi fosfato sono molecole inorganiche costituite da un atomo di fosforo legato chimicamente a diversi atomi di ossigeno. Il desossiribosio è un tipo di zucchero con cinque atomi di carbonio.
Un nucleotide libero è costituito da tre gruppi fosfato legati al desossiribosio, che viene poi legato a una delle quattro basi nucleotidiche: adenina, timina, guanina e citosina. Quando un nucleotide viene aggiunto a un filamento di DNA in crescita, due dei gruppi fosfato vengono staccati, lasciando il singolo gruppo fosfato legato allo zucchero. Lo zucchero desossiribosio è simile allo zucchero nell'acido ribonucleico o all'RNA, ma manca un atomo di ossigeno.
