Under forholdene som finnes i celler, vedtar DNA en dobbel spiralstruktur. Selv om det eksisterer flere varianter på denne doble spiralstrukturen, har alle den samme grunnleggende vridd stigeform. Denne strukturen gir DNA fysiske og kjemiske egenskaper som gjør det veldig stabilt. Denne stabiliteten er viktig fordi den hindrer de to DNA-strengene i å bryte fra hverandre spontant og spiller en viktig rolle i måten DNA kopieres på.
Termodynamikk
Entropi er en fysisk egenskap som er analog med lidelse. Den andre loven om termodynamikk antyder at prosesser som dannelsen av en dobbel helix vil bare skje spontant hvis de resulterer i en netto økning i entropi (indikert hovedsakelig ved frigjøring av varme). Jo større økning i entropi som følger med dannelsen av helixen, jo større frigjøring av varme til molekylets omgivelser og jo mer stabil vil dobbel helix være. Den doble helixen er stabil fordi dens dannelse fører til en økning i entropi. (I motsetning til dette fører DNA-oppbrudd til en reduksjon i entropi som indikert av absorpsjon av varme.)
Nukleotider
DNA-molekylet er laget av mange underenheter festet til hverandre i en lang, vridd stige-lignende kjede. De enkelte underenhetene kalles nukleotider. DNA i celler finnes nesten alltid i dobbeltstrenget form, hvor to polymerstrenger er koblet sammen for å danne et enkelt molekyl. Ved pH (saltkonsentrasjon) og temperaturforholdene som finnes i celler, resulterer dannelsen av en dobbel helix i en netto økning i entropi. Dette er grunnen til at den resulterende strukturen er mer stabil enn de to strengene ville være hvis de forble separate.
Stabiliserende faktorer
Når to DNA-tråder kommer sammen, danner de svake kjemiske bindinger som kalles hydrogenbindinger mellom nukleotidene i de to kjedene. Obligasjonsdannelse frigjør energi og bidrar dermed til en netto økning i entropi. En ekstra entropi boost kommer fra interaksjoner mellom nukleotidene i midten av spiralen; disse kalles base-stacking interaksjoner. De negativt ladede fosfatgruppene i ryggraden i DNA-trådene avviser hverandre. Denne destabiliserende interaksjonen blir imidlertid overvunnet av de gunstige interaksjonene mellom hydrogenbinding og base-stabling. Dette er grunnen til at dobbel-helix-strukturen er mer stabil enn enkeltstrenger: dens dannelse forårsaker en nettogevinst i entropi.
DNA-former
DNA kan vedta en av flere forskjellige dobbeltspiralstrukturer: Dette er A-, B- og Z-formene for DNA. B-formen, den mest stabile under cellulære forhold, regnes som "standard" -formen; det er den du vanligvis ser på illustrasjoner. A-skjemaet er en dobbel helix, men er mye mer komprimert enn B-skjemaet. Og Z-formen er vridd i motsatt retning enn B-formen, og dens struktur er mye mer "strukket ut." A-skjemaet finnes ikke i celler, selv om det ser ut til at noen aktive gener i celler tar i bruk Z-form. Forskere forstår ennå ikke helt hvilken betydning dette kan ha, eller om dette har noen evolusjonær betydning.
