Za podmienok nájdených v bunkách prijíma DNA štruktúru dvojitej špirály. Aj keď existuje niekoľko variácií tejto dvojzávitnicovej štruktúry, všetky majú rovnaký základný tvar skrúteného rebríka. Táto štruktúra dáva DNA fyzikálne a chemické vlastnosti, ktoré ju robia veľmi stabilnou. Táto stabilita je dôležitá, pretože zabraňuje samovoľnému rozpadu dvoch reťazcov DNA a hrá dôležitú úlohu v spôsobe kopírovania DNA.
Termodynamika
Entropia je fyzická vlastnosť analogická neporiadku. Druhý zákon termodynamiky naznačuje, že procesy ako vytvorenie dvojitej špirály budú sa vyskytujú spontánne, iba ak vedú k čistému zvýšeniu entropie (indikované hlavne uvoľnením teplo). Čím väčšie je zvýšenie entropie, ktoré sprevádza tvorbu špirály, tým väčšie je uvoľňovanie tepla do okolia molekuly a stabilnejšia bude dvojitá špirála. Dvojitá skrutkovica je stabilná, pretože jej tvorba vedie k zvýšeniu entropie. (Na rozdiel od toho rozpad DNA vedie k zníženiu entropie, čo naznačuje absorpcia tepla.)
Nukleotidy
Molekula DNA je vyrobená z mnohých podjednotiek navzájom spojených v dlhom skrútenom reťazci podobnom rebríku. Jednotlivé podjednotky sa nazývajú nukleotidy. DNA v bunkách sa takmer vždy nachádza v dvojvláknovej forme, kde sú dva reťazce polymérov spojené dohromady a tvoria jednu molekulu. Pri pH (koncentrácia soli) a teplotných podmienkach nájdených v bunkách vedie tvorba dvojzávitnice k čistému zvýšeniu entropie. To je dôvod, prečo je výsledná štruktúra stabilnejšia ako dve vlákna, ak by zostali oddelené.
Stabilizačné faktory
Keď sa dve vlákna DNA spoja, vytvárajú slabé chemické väzby nazývané vodíkové väzby medzi nukleotidmi v dvoch reťazcoch. Tvorba väzieb uvoľňuje energiu a prispieva tak k čistému zvýšeniu entropie. Ďalšia podpora entropie pochádza z interakcií medzi nukleotidmi v strede špirály; tieto sa nazývajú interakcie báza-stohovanie. Negatívne nabité fosfátové skupiny v kostre reťazcov DNA sa navzájom odpudzujú. Táto destabilizujúca interakcia je však prekonaná priaznivými interakciami vodíkových väzieb a stohovania báz. Preto je štruktúra dvojzávitnice stabilnejšia ako jednovláknové: jej vznik spôsobuje čistý zisk entropie.
Formy DNA
DNA môže prijať jednu z niekoľkých rôznych štruktúr dvojitej špirály: jedná sa o formy DNA A, B a Z. B forma, najstabilnejšia za bunkových podmienok, sa považuje za „štandardnú“ formu; je to ten, ktorý zvyčajne vidíte na ilustráciách. Forma A je dvojitá špirála, ale je oveľa stlačenejšia ako forma B. A forma Z je skrútená v opačnom smere ako forma B a jej štruktúra je oveľa viac "natiahnutý." Forma A sa nenachádza v bunkách, aj keď sa zdá, že niektoré aktívne gény v bunkách adoptujú Z forma. Vedci zatiaľ úplne nerozumejú, aký význam to môže mať, alebo či to má nejaký evolučný význam.