组成核酸的化学元素有C、H、O、N、P等。各种核酸分子中P的含量较多并且恒定，约占9%～10%，故在测定生物组织中核酸的含量时，通常通过测定P的含量来计算。

核酸在核酸酶的作用下水解为核苷酸，核苷酸进一步分解可生成核苷和磷酸。因此，DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸，而RNA的基本组成单位是核糖核苷酸。

构成核酸的戊糖均为β- D-型结构，有核糖（ribose）和2-脱氧核糖（deoxyribose）两种，分别存在于核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸中。为了区别碱基上原子的编号，戊糖的C原子编号都加上“′”，如C-1′表示戊糖的第一位碳原子（图2-1）。核糖与2-脱氧核糖的区别仅在于C-2′原子所连接的基团。在核糖的C-2′原子上有一个羟基，而脱氧核糖的C-2′原子上则没有羟基。

构成核苷酸的碱基有五种，分别属于嘌呤和嘧啶两类含氮杂环化合物。自然界存在许多重要的嘌呤衍生物。核苷酸中的嘌呤碱（purine）主要是鸟嘌呤（G）和腺嘌呤（A）。嘧啶碱（pyrimidine）主要是胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）和胸腺嘧啶（T）。G、A和C三种碱基是DNA和RNA所共有的，T一般只存在于DNA中，不存在于RNA中；而U只存在于RNA中，不存在于DNA中。这五种碱基成分中的氨基或酮基受所处环境pH的影响可以形成氨基-亚氨基互变异构体或酮-烯醇互变异构体，这为碱基间形成氢键提供了结构基础（图2-2）。

除了上述的五种基本碱基外，自然界存在的嘌呤碱基衍生物还有次黄嘌呤、黄嘌呤、尿酸、茶碱等（图2-3）。RNA分子中还有少量的稀有碱基。稀有碱基的种类很多，大多是甲基化碱基。tRNA中含有可高达10%的稀有碱基。核酸中的碱基甲基化的过程发生在核酸的生物合成以后，对核酸的生物学功能具有极其重要的意义。

碱基和核糖或脱氧核糖通过糖苷键相连形成核苷（nucleoside）或脱氧核苷（deoxynucleoside）。戊糖的C-1′原子与嘌呤碱的N-9原子或嘧啶碱的N-1原子通过缩合形成β- N-糖苷键。其命名是在相应核苷前面加上碱基的名字，如胞嘧啶核苷简称胞苷、腺嘌呤脱氧核苷简称脱氧腺苷。若是脱氧核苷则糖基的2′位为“H”。

核苷或脱氧核苷中戊糖基的自由羟基与磷酸通过磷酸酯键结合成核苷酸或脱氧核苷酸（deoxynucleotide）。 核糖核苷的糖基在 2′、3′、5′位上有自由羟基，故能分别形成 2′-、3′-或 5′-核苷酸；脱氧核糖核苷的糖基上只有3′、5′两个自由羟基，所以只能形成3′-或5′-两种脱氧核苷酸。生物体内游离存在的多是5′-核苷酸。根据连接的磷酸基团的数目不同，核苷酸可分为核苷一磷酸（nucleoside monophosphate，NMP）、核苷二磷酸（nucleoside diphosphate，NDP）和核苷三磷酸（nucleoside triphosphate，NTP）。　核苷三磷酸的磷原子分别标以α，β和γ（图2-4A）。其命名是在相应核苷或脱氧核苷后面加上“酸”字即可。核酸中主要的碱基、核苷、核苷酸的中英文对照名称及其代号见表2-1。

核苷酸除了作为核酸的基本组成单位外，在生物体内还有重要的代谢及调节功能。例如，AMP参与FAD、泛酸和辅酶Ⅰ等辅酶的组成；环腺苷酸（cyclic AMP，cAMP）和环鸟苷酸（cyclic GMP，cGMP）在细胞信号转导过程中起着重要调控作用（图2-4B）。此外，细胞内参与物质代谢的酶分子的一些辅酶结构中都含有腺苷酸，如辅酶Ⅰ（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸），它是生物氧化体系的重要组成成分，在传递电子或质子的过程中起着重要的作用。

核酸就是由很多核苷酸以特定方式聚合所形成的多核苷酸链。核苷酸之间的连接方式是：前一位核苷酸的3′-OH与后一位核苷酸的5′磷酸之间形成3′，5′-磷酸二酯键，从而形成不分支的线性大分子，具有严格的方向性。核酸的两个末端分别称为5′-端（游离磷酸基）和3′-端（游离羟基）。这条多聚核苷酸链只能从3′-OH端得以延长，因此，DNA链具有了从5′→3′的方向性。DNA与RNA的差别在于：①DNA的糖环是脱氧核糖，RNA的糖环是核糖；②DNA是胸腺嘧啶，RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。

表示一个核酸分子的书写方法由繁至简有多种（图2-5），规则是从5′-端到3′-端。由于多核苷酸链的主链骨架都是由糖基和磷酸基组成，所不同的只是侧链上的碱基排列顺序，因此，最简洁的方式是直接以碱基字母缩写式来表示相应的核苷酸。