Nukleotydy to estry nukleozydów i kwasu fosforowego (zob. Rys. 1 ). Nukleozydy składają się z zasady azotowej ( Rys. 2 ) i 5–węglowego (dezoksyrybozy w DNA lub rybozy w RNA).
Znanych jest pięć zasad azotowych: adenina (skrót A), guanina (G), tymina (T), uracyl (U) i cytozyna (C) (zob. Rys. 2 ). Adenina i guanina należą do zasad purynowych, podczas gdy tymina, uracyl i cytozyna są zasadami pirymidynowymi. Cztery z tych zasad (A, G, U i C) występują w strukturze RNA. Natomiast, zasady azotowe G, A, T i C występują w obu niciach DNA. Dwie nici DNA są utrzymywane razem poprzez wiązania wodorowe utworzone pomiędzy zasadami azotowymi obu nici. Wiązania wodorowe tworzą się pomiędzy atomami azotu lub tlenu, a atomami wodoru zasad azotowych sąsiednich nici. Te dwa nici biegną w kierunkach przeciwnych do siebie nawzajem. Dlatego są one antyrównoległe. Dezoksyryboza lub ryboza, poprzez atomy węgla 3'-końca i 5'-końca, łączą się z grupami fosforowymi za pomocą wiązań fosforodiestrowych. Pierścień pentozy jest przyłączony do zasady azotowej za pomocą wiązania N-glikozydowego, które obejmuje atom azotu pierścienia nukleotydowego (N-1 dla pirymidyn i N-9 dla puryn) i atom węgla C-1 pierścienia pentozy.
Komórki wszystkich organizmów żywych zamieszkujących Ziemię zawierają DNA i RNA. Kwasy DNA i RNA przechowują informacje genetyczne organizmu i pośredniczą w syntezie białek zgodnie z zasadami kodu genetycznego. Mogą one również pełnić funkcję enzymów.