Nukleotidai yra sudėtingos molekulės, kurios yra dezoksiribonukleino rūgšties (DNR) ir ribonukleino rūgšties (RNR) statybiniai blokai. Kiekvienas nukleotidas turi tris dalis – penkių anglies cukrų, fosfatų grupę ir organinę bazę. Yra du cukraus variantai, priklausomai nuo to, ar nukleotidas yra DNR ar RNR molekulėje. Taip pat prie kiekvieno nukleotido gali būti prijungta viena iš penkių skirtingų organinių bazių – adenino, citozino, guanino, timino arba uracilo. Citozinas, guaninas ir adeninas randami ir RNR, ir DNR molekulėse, timinas – tik DNR, o uracilas – tik RNR.
Visos penkios bazės turi sudėtingą žiedo struktūrą, sudarytą iš anglies ir azoto atomų. Dėl žiede esančių azoto atomų bazės dar vadinamos azotinėmis bazėmis. Kiekvienas iš bazių turi cheminę struktūrą, kuri skiriasi nuo kitų keturių, o tai leidžia konkrečiam pagrindui susieti kiekvieną bazę.
Penkias bazes galima suskirstyti į dvi grupes pagal jų cheminėje struktūroje esančių žiedų skaičių. Purino bazės yra sudarytos iš dviejų atomų žiedų, o pirimidino bazės turi tik vieną atomų žiedą. Purino bazės yra adeninas ir guaninas, o pirimidino bazės yra citozinas, timinas ir uracilas. Kai bazės susiporuoja ir jungiasi kartu, purino bazės jungiasi tik su pirimidino bazėmis. Tiksliau, adeninas jungiasi tik su timinu arba uracilu, o citozinas – tik su guaninu.
Ši specifinė bazių pora yra labai svarbi DNR molekulės, sudarytos iš dviejų nukleotidų gijų, kurios kartu susisuka ir sudaro dvigubą spiralę, stabilumui. Abi grandinės yra laikomos kartu vandeniliniais ryšiais tarp papildomų bazių kiekvienoje grandinėje. Adeninas ir timinas yra sujungti dviem vandenilio jungtimis, o guaninas ir citozinas yra sujungti trimis vandenilio ryšiais. Tik šios poros gali sudaryti reikiamus vandenilio ryšius, kad DNR molekulė būtų stabili.
Sujungus tik tarp purino bazių ir pirimidino bazių, atstumas tarp dviejų grandinių išlieka vienodas, todėl DNR molekulė tampa stabilesnė. Kai purino bazė jungiasi su pirimidino baze, dvigubo žiedo molekulė prisijungia prie vienos žiedo molekulės. Jei purino bazė susijungtų su purino baze, tada būtų prijungtos dvi dvigubo žiedo molekulės, arba jei pirimidino bazė būtų prijungta prie pirimidino bazės, tada būtų prijungtos dvi vieno žiedo molekulės. Jei įvyktų visi šie surišimo scenarijai, DNR molekulė pasilenktų ir išeitų ir nebūtų vienoda, o tai paveiktų bendrą jos struktūrą ir stabilumą. Norint pasiekti sėkmės, būtina turėti stabilią DNR molekulę, nes ji neša kiekvieno organizmo genetinę informaciją.