Ribonukleino rūgštyje (RNR) yra keli struktūros lygiai, kurie apibūdinami kaip pirminė struktūra, antrinė struktūra, tretinė struktūra ir ketvirtinė struktūra. Pirminė RNR struktūra reiškia jos genetinės informacijos vienetų, vadinamų nukleotidais, seką. Jo antrinė struktūra susideda iš porų, susidariusių, kai sekos nukleotidai jungiasi vienas su kitu. Tretinė struktūra yra dar sudėtingesnė, apimanti sąveiką tarp antrinės struktūros regionų ir visos molekulės. Ketvirtinė struktūra taikoma tik tada, kai sąveikauja kelios RNR grandinės, ir tai yra bet kokia sąveika ar struktūriniai pokyčiai, atsirandantys šioms grandinėms susijungus.
Pirminę RNR struktūrą paprastai sudaro viena nukleotidų grandinė. Šioje grandinėje galima rasti keturių tipų nukleotidus, vadinamus adeninu (A), citozinu (C), guaninu (G) ir uracilu (U). Daugelis nukleotidų yra modifikuoti RNR, pridedant arba atimant atomus prie pradinių nukleotidų arba iš jų atimant, kad pakeistų jų savybes. Egzistuoja šimtai skirtingų nukleotidų modifikacijų, o jų poveikis skiriasi priklausomai nuo RNR molekulės tipo, rūšies, kurioje vyksta modifikacija, ir aplinkos, kurioje modifikacija atliekama. Dauguma šių nukleotidų modifikacijų turi standartinius aprašomuosius kodus, kaip ir nukleotidai, tačiau jie paprastai nėra taip gerai žinomi.
RNR antrinė struktūra ir dezoksiribonukleino rūgšties (DNR) dvigubos spiralės susidaro panašiai, kai nukleotidai jungiasi į bazių poras, suteikdami molekulei bendrą struktūrą. Yra reikšmingų skirtumų tarp RNR antrinės struktūros formavimosi, palyginti su dvigubomis DNR spiralėmis. Tiek RNR, tiek DNR citozinas jungiasi su guaninu, bet adeninas jungiasi su uracilu, o ne su timinu RNR. Antrinė RNR struktūra retai būna dviguba spiralė; jis sudaro daugybę specifinių kilpų, iškilimų ir spiralės tipų, kurie yra išdėstyti labai skirtingai, nei matoma DNR. RNR antrinė struktūra apskritai yra sudėtingesnė, nors nebūtinai mažiau tvarkinga, nei DNR dvigubos spiralės.
Tretinė RNR struktūra leidžia molekulei susilankstyti iki pilnai veikiančios konformacijos. Tam tikros RNR molekulės dėl savo tretinės struktūros atlieka specifines funkcijas. Šios nekoduojančios RNR (ncRNR) molekulės gali tarnauti daugeliui tikslų, o šių biologinių pritaikymų atradimas buvo daugelio Nobelio premijų objektas. Viena ncRNR klasė, vadinama ribozimais, yra RNR fermentai, galintys katalizuoti biochemines reakcijas, kaip ir baltymų fermentai. Kita klasė, vadinama riboswitches, kontroliuoja genų ekspresiją, įjungdama ir išjungdama genus pagal aplinką.
Ketvirtinė RNR struktūra veikia tam tikrose makromolekulėse, tokiose kaip ribosoma, kuri ląstelėje gamina baltymus. Ribosomos susideda iš kelių RNR grandinių, o sąveika tarp šių grandinių turi būti tiksli ir griežtai reguliuojama, kad ribosoma tinkamai veiktų. Kad RNR grandinės turėtų ketvirtinę struktūrą, jos turi susijungti ir sudaryti naują konglomerato struktūrą, o ne tik sąveikauti ir vėl atsiskirti. Ketvirtinė struktūra formuojasi lėčiausiai iš visų RNR struktūros lygių ir dažniausiai pati sudėtingiausia.