Šūnās sastopamajos apstākļos DNS pieņem dubultās spirāles struktūru. Lai arī šai dubultās spirāles struktūrai ir vairākas variācijas, tām visām ir vienāda pamatne ar savīti kāpnēm. Šī struktūra dod DNS fizikālās un ķīmiskās īpašības, kas padara to ļoti stabilu. Šī stabilitāte ir svarīga, jo tā novērš divu DNS virkņu spontānu sadalīšanos un tai ir svarīga loma DNS kopēšanā.
Termodinamika
Entropija ir fizisks īpašums, kas ir analogs traucējumiem. Otrais termodinamikas likums liek domāt, ka tādi procesi kā dubultās spirāles veidošanās notiek spontāni tikai tad, ja to rezultātā entropija neto palielinās (kas galvenokārt apzīmēta ar siltums). Jo lielāks ir entropijas pieaugums, kas pavada spirāles veidošanos, jo lielāka siltuma izdalīšanās molekulas apkārtnē un stabilāka būs dubultā spirāle. Dubultā spirāle ir stabila, jo tās veidošanās izraisa entropijas palielināšanos. (Turpretī DNS sadalīšanās izraisa entropijas samazināšanos, par ko liecina siltuma absorbcija.)
Nukleotīdi
DNS molekula ir izgatavota no daudzām apakšvienībām, kas piestiprinātas viena otrai garā, savītā kāpnēm līdzīgā ķēdē. Atsevišķas apakšvienības sauc par nukleotīdiem. Šūnās esošā DNS gandrīz vienmēr tiek atrasta divķēdīšu formā, kur divi polimēru pavedieni ir savienoti kopā, veidojot vienu molekulu. Pie pH (sāls koncentrācijas) un temperatūras apstākļiem, kas atrodas šūnās, dubultās spirāles veidošanās rezultātā entropija palielinās. Tāpēc iegūtā struktūra ir stabilāka nekā abi virzieni, ja tie paliktu atsevišķi.
Stabilizējošie faktori
Apvienojoties diviem DNS pavedieniem, tie veido vājas ķīmiskās saites, ko sauc par ūdeņraža saitēm starp abu ķēžu nukleotīdiem. Obligāciju veidošanās atbrīvo enerģiju un tādējādi veicina entropijas neto pieaugumu. Papildu entropijas palielinājumu rada mijiedarbība starp nukleotīdiem spirāles centrā; tos sauc par bāzes sakraušanas mijiedarbību. Negatīvi lādētās fosfātu grupas DNS virkņu mugurkaulā viens otru atgrūž. Tomēr šo destabilizējošo mijiedarbību pārvar labvēlīgā mijiedarbība ar ūdeņradi un bāzi. Tāpēc dubultās spirāles struktūra ir stabilāka nekā atsevišķi pavedieni: tās veidošanās rada tīro ieguvumu entropijā.
DNS formas
DNS var pieņemt vienu no vairākām dažādām dubultās spirāles struktūrām: tās ir A, B un Z formas. B forma, kas ir visstabilākā šūnu apstākļos, tiek uzskatīta par "standarta" formu; to parasti redzat ilustrācijās. A forma ir dubultā spirāle, bet ir daudz saspiestāka nekā B forma. Z forma ir savīti pretējā virzienā nekā B forma, un tās struktūra ir daudz vairāk "izstiepts". A forma nav atrodama šūnās, lai gan daži aktīvie gēni šūnās, šķiet, pieņem Z forma. Zinātnieki vēl pilnībā nesaprot, kāda nozīme tam varētu būt, vai tam ir kāda evolūcijas nozīme.
