Nukleotīdi ir sarežģītas molekulas, kas ir dezoksiribonukleīnskābes (DNS) un ribonukleīnskābes (RNS) celtniecības bloki. Katram nukleotīdam ir trīs daļas – piecu oglekļa cukurs, fosfātu grupa un organiskā bāze. Ir divas cukura variācijas atkarībā no tā, vai nukleotīds atrodas DNS vai RNS molekulā. Tāpat katram nukleotīdam var pievienot vienu no piecām dažādām organiskām bāzēm – adenīnu, citozīnu, guanīnu, timīnu vai uracilu. Citozīns, guanīns un adenīns ir atrodami gan RNS, gan DNS molekulās, savukārt timīns ir tikai DNS un uracils ir tikai RNS.
Visām piecām bāzēm ir sarežģīta gredzena struktūra, kas sastāv no oglekļa un slāpekļa atomiem. Gredzenā sastopamo slāpekļa atomu dēļ bāzes tiek sauktas arī par slāpekļa bāzēm. Katrai no bāzēm ir ķīmiskā struktūra, kas atšķiras no pārējām četrām, kas ļauj izveidot īpašu bāzu pārī starp katru no bāzēm.
Piecas bāzes var iedalīt divās grupās, pamatojoties uz gredzenu skaitu, kas atrodami to ķīmiskajā struktūrā. Purīna bāzes sastāv no diviem atomu gredzeniem, un pirimidīna bāzēm ir tikai viens atomu gredzens. Purīna bāzes ietver adenīnu un guanīnu, savukārt pirimidīna bāzes ir citozīns, timīns un uracils. Kad bāzes savienojas un savienojas kopā, purīna bāzes saistās tikai ar pirimidīna bāzēm. Precīzāk, adenīns saistās tikai ar timīnu vai uracilu un citozīns tikai ar guanīnu.
Šī specifiskā bāzes savienošana ir ļoti svarīga DNS molekulas stabilitātei, kas sastāv no divām nukleotīdu virknēm, kas spirālē kopā veido dubulto spirāli. Abas virknes tiek turētas kopā ar ūdeņraža saitēm starp komplementārām bāzēm katrā virknē. Adenīns un timīns ir saistīti ar divām ūdeņraža saitēm, bet guanīns un citozīns ir saistīti ar trim ūdeņraža saitēm. Tikai šie pāri spēj veidot nepieciešamās ūdeņraža saites, lai padarītu DNS molekulu stabilu.
Saistībā, kas notiek tikai starp purīna bāzēm un pirimidīna bāzēm, attālums starp abām virknēm paliek vienmērīgs, pievienojot DNS molekulai papildu stabilitāti. Kad purīna bāze saistās ar pirimidīna bāzi, dubultgredzena molekula saistās ar vienu gredzena molekulu. Ja purīna bāze būtu saistīta ar purīna bāzi, tad tiktu pievienotas divas dubultgredzena molekulas, vai, ja pirimidīna bāze būtu saistīta ar pirimidīna bāzi, tad tiktu pievienotas divas viena gredzena molekulas. Ja notiktu visi šie savienošanas scenāriji, DNS molekula salocīsies un nebūtu viendabīga, kas ietekmētu tās vispārējo struktūru un stabilitāti. Lai gūtu panākumus, obligāti jābūt stabilai DNS molekulai, jo tā satur katra organisma ģenētisko informāciju.