W warunkach występujących w komórkach DNA przyjmuje strukturę podwójnej helisy. Chociaż istnieje kilka odmian tej podwójnej spirali, wszystkie mają ten sam podstawowy kształt skręconej drabinki. Ta struktura nadaje DNA właściwości fizyczne i chemiczne, które czynią go bardzo stabilnym. Ta stabilność jest ważna, ponieważ zapobiega spontanicznemu rozpadowi dwóch nici DNA i odgrywa ważną rolę w sposobie kopiowania DNA.
Termodynamika
Entropia jest właściwością fizyczną analogiczną do nieporządku. Drugie Prawo Termodynamiki sugeruje, że procesy takie jak tworzenie podwójnej helisy będą zdarzają się spontanicznie tylko wtedy, gdy powodują wzrost netto entropii (wskazywany głównie przez uwolnienie ciepło). Im większy wzrost entropii, który towarzyszy tworzeniu się helisy, tym większe uwalnianie ciepła do otoczenia cząsteczki i tym bardziej stabilna będzie podwójna helisa. Podwójna helisa jest stabilna, ponieważ jej tworzenie prowadzi do wzrostu entropii. (W przeciwieństwie do tego, rozpad DNA prowadzi do zmniejszenia entropii, na co wskazuje absorpcja ciepła.)
Nukleotydy
Cząsteczka DNA składa się z wielu podjednostek połączonych ze sobą długim, skręconym łańcuchem przypominającym drabinę. Poszczególne podjednostki nazywane są nukleotydami. DNA w komórkach prawie zawsze występuje w postaci dwuniciowej, w której dwie nici polimerów są połączone ze sobą, tworząc pojedynczą cząsteczkę. W warunkach pH (stężenia soli) i temperatury występujących w komórkach, tworzenie podwójnej helisy powoduje wzrost netto entropii. Dlatego powstała struktura jest bardziej stabilna niż te dwie nici, gdyby pozostały rozdzielone.
Czynniki stabilizujące
Kiedy dwie nici DNA łączą się, tworzą słabe wiązania chemiczne zwane wiązaniami wodorowymi między nukleotydami w dwóch łańcuchach. Tworzenie wiązań uwalnia energię, a tym samym przyczynia się do wzrostu entropii netto. Dodatkowy wzrost entropii pochodzi z interakcji między nukleotydami w centrum helisy; są to tak zwane interakcje polegające na układaniu w stosy. Ujemnie naładowane grupy fosforanowe w szkielecie nici DNA odpychają się nawzajem. Jednak to destabilizujące oddziaływanie jest przezwyciężane przez korzystne oddziaływania wiązania wodorowego i układanie zasad. Dlatego struktura podwójnej helisy jest bardziej stabilna niż pojedyncze nici: jej tworzenie powoduje wzrost entropii netto.
Formy DNA
DNA może przyjąć jedną z kilku różnych struktur podwójnej helisy: są to formy DNA A, B i Z. Forma B, najbardziej stabilna w warunkach komórkowych, jest uważana za formę „standardową”; to ten, który zwykle widzisz na ilustracjach. Forma A jest podwójną helisą, ale jest znacznie bardziej skompresowana niż forma B. A forma Z jest skręcona w przeciwnym kierunku niż forma B, a jej struktura jest znacznie większa "rozciągnięty." Forma A nie występuje w komórkach, chociaż wydaje się, że niektóre aktywne geny w komórkach przyjmują tę formę Formularz Z. Naukowcy nie rozumieją jeszcze w pełni, jakie może to mieć znaczenie i czy ma to jakiekolwiek znaczenie ewolucyjne.