V pogojih, ki jih najdemo v celicah, DNA sprejme strukturo dvojne vijačnice. Čeprav obstaja več različic te dvojne vijačne strukture, imajo vse enake osnovne oblike zvite lestve. Ta struktura daje DNK fizikalne in kemijske lastnosti, zaradi katerih je zelo stabilna. Ta stabilnost je pomembna, ker preprečuje, da bi se obe verigi DNA spontano razpadli in igra pomembno vlogo pri kopiranju DNK.
Termodinamika
Entropija je fizikalna lastnost, ki je analogna motnji. Drugi zakon termodinamike nakazuje, da bodo procesi, kot je tvorba dvojne vijačnice zgodijo spontano le, če povzročijo neto povečanje entropije (na kar kaže predvsem sprostitev toplota). Večje kot je povečanje entropije, ki spremlja nastanek vijačnice, večje sproščanje toplote v okolico molekule in stabilnejša bo dvojna vijačnica. Dvojna vijačnica je stabilna, ker njeno nastajanje vodi do povečanja entropije. (Nasprotno pa razpad DNA vodi do zmanjšanja entropije, kar kaže absorpcija toplote.)
Nukleotidi
Molekula DNA je narejena iz številnih podenot, ki so med seboj pritrjene v dolgi, zviti lestvi podobni verigi. Posamezne podenote se imenujejo nukleotidi. DNA v celicah skoraj vedno najdemo v dvoverižni obliki, kjer sta dve polimerni verigi povezani skupaj, da tvorita eno molekulo. Pri pH (koncentracija soli) in temperaturnih pogojih v celicah nastanek dvojne vijačnice povzroči neto povečanje entropije. Zato je nastala struktura stabilnejša, kot bi bili obe verigi, če bi ostali ločeni.
Dejavniki stabilizacije
Ko se dve verigi DNA združita, tvorita šibke kemijske vezi, imenovane vodikove vezi, med nukleotidi v obeh verigah. Oblikovanje vezi sprošča energijo in tako prispeva k neto povečanju entropije. Dodatna spodbuda entropije je posledica interakcij med nukleotidi v središču vijačnice; ti se imenujejo interakcije z zlaganjem osnov. Negativno nabite fosfatne skupine v hrbtenici verig DNA se med seboj odbijajo. Vendar to destabilizirajočo interakcijo premagajo ugodne interakcije vodikove vezi in zlaganja baz. Zato je struktura z dvojno vijačnico stabilnejša od posameznih pramenov: njena tvorba povzroči neto dobiček v entropiji.
Oblike DNK
DNA lahko sprejme eno od več različnih struktur dvojne vijačnice: to so A, B in Z oblike DNA. Oblika B, ki je v celičnih pogojih najbolj stabilna, velja za "standardno" obliko; to je tisto, ki ga običajno vidite na ilustracijah. Obrazec A je dvojna vijačnica, vendar je veliko bolj stisnjen kot oblika B. In oblika Z je zasukana v nasprotni smeri kot oblika B in njena struktura je veliko več "raztegnjeno." Oblike A v celicah ni, čeprav nekateri aktivni geni v celicah dejansko sprejmejo Z oblika. Znanstveniki še ne razumejo v celoti, kakšen pomen bi to lahko imelo ali ima to evolucijski pomen.