Za podmínek nalezených v buňkách přijímá DNA strukturu dvojité šroubovice. Ačkoli existuje několik variant této dvojité šroubovice, všechny mají stejný základní tvar zkrouceného žebříku. Tato struktura dává DNA fyzikální a chemické vlastnosti, díky nimž je velmi stabilní. Tato stabilita je důležitá, protože zabraňuje spontánnímu rozpadu dvou řetězců DNA a hraje důležitou roli při způsobu kopírování DNA.
Termodynamika
Entropie je fyzická vlastnost analogická nepořádku. Druhý zákon termodynamiky naznačuje, že procesy jako tvorba dvojité šroubovice budou vyskytují se spontánně, pouze pokud vedou k čistému zvýšení entropie (indikováno hlavně uvolněním teplo). Čím větší je nárůst entropie, který doprovází vznik šroubovice, tím větší je uvolňování tepla do okolí molekuly a stabilnější bude dvojitá šroubovice. Dvojitá šroubovice je stabilní, protože její tvorba vede ke zvýšení entropie. (Na rozdíl od toho rozpad DNA vede ke snížení entropie, jak je naznačeno absorpcí tepla.)
Nukleotidy
Molekula DNA je vyrobena z mnoha podjednotek připojených k sobě v dlouhém zkrouceném řetězci podobném žebříku. Jednotlivé podjednotky se nazývají nukleotidy. DNA v buňkách se téměř vždy nachází ve dvouřetězcové formě, kde jsou dva řetězce polymerů spojeny dohromady a tvoří jednu molekulu. Při pH (koncentrace soli) a teplotních podmínkách nalezených v buňkách vede tvorba dvojité šroubovice k čistému zvýšení entropie. To je důvod, proč je výsledná struktura stabilnější než dvě vlákna, pokud by zůstala oddělená.
Stabilizační faktory
Když se dvě vlákna DNA spojí, vytvoří slabé chemické vazby zvané vodíkové vazby mezi nukleotidy ve dvou řetězcích. Tvorba vazby uvolňuje energii a přispívá tak k čistému zvýšení entropie. Další podpora entropie pochází z interakcí mezi nukleotidy ve středu šroubovice; tito se nazývají interakce základního stohování. Negativně nabité fosfátové skupiny v páteři řetězců DNA se navzájem odpuzují. Tuto destabilizující interakci však překonávají příznivé interakce vodíkových vazeb a stohování bází. To je důvod, proč je struktura dvoušroubovice stabilnější než jednoduchá vlákna: její tvorba způsobuje čistý zisk entropie.
Formy DNA
DNA může přijmout jednu z několika různých struktur dvojité šroubovice: jedná se o A, B a Z formy DNA. Forma B, nejstabilnější za buněčných podmínek, je považována za „standardní“ formu; je to ten, který obvykle vidíte na ilustracích. Forma A je dvojitá šroubovice, ale je mnohem komprimovanější než forma B. A forma Z je zkroucena v opačném směru než forma B a její struktura je mnohem více "natažený." Forma A se v buňkách nenachází, i když se zdá, že některé aktivní geny v buňkách adoptují Z forma. Vědci dosud plně nechápou, jaký význam to může mít, nebo zda to má nějaký evoluční význam.