O ADN é também responsável pela transmissão das características hereditárias de cada ser vivo à geração seguinte.

O nome ADN designa o ácido desoxirribonucleico (de forma análoga DNA em inglês indica deoxyribonucleic acid), uma designação que ilustra a estrutura química dos seus elementos constituintes. De facto, estruturalmente o ADN é constituído por pequenas unidades individuais repetidas chamadas nucleótidos. Cada nucleótido é constituído por uma molécula de açúcar (a 2’-desoxirribose), um grupo fosfato derivado do ácido fosfórico e uma base heterocíclica.

Os diversos nucleótidos presentes no ADN divergem entre si apenas na identidade da base heterocíclica presente, possuindo uma de um total de quatro bases possíveis: adenina (A), timina (T), citosina (C) ou guanina (G). A timina é específica do ADN, enquanto a adenina, a citosina e a guanina podem existir também no ARN. Torna-se assim possível indicar uma sequência de ADN indicando apenas as letras sucessivas das bases correspondentes. A sequência completa de ADN de uma célula chama-se genoma.

Cada conjunto de três nucleótidos (bases) codifica um aminoácido diferente, a unidade constituinte das proteínas. A existência de erros na cadeia do ADN que afetem a sequência de nucleótidos presente (mutações), poderá levar à incorporação de aminoácidos errados na proteína codificada por essa sequência, podendo afetar a sua capacidade de funcionar corretamente. Este tipo de processo está na origem de diversas doenças como o cancro. Muitas vezes, este tipo de erros no ADN são transmitidos de pais para filhos resultando em doenças hereditárias.

Em geral (mas não sempre) a molécula de ADN não existe sozinha no organismo, tendendo a emparelhar-se com uma segunda molécula de ADN e adotando uma estrutura de dupla hélice. Nesta dupla hélice as bases constituintes de cada nucleótido ficam voltadas para o interior da hélice (enquanto os grupos fosfato ficam voltados para fora), ligando-se entre si e formando um par de bases complementares. A adenina forma quase sempre par com a timina, enquanto a citosina forma quase sempre par com a guanina. Por esse motivo as duas cadeias de ADN que constituem cada dupla hélice vão ter uma sequência de aminoácidos complementar. A estrutura da molécula de ADN foi descoberta por James Watson e por Francis Crick em 7 de março de 1953, num feito que lhes valeu o Prémio Nobel da Medicina em 1962.

A orientação da base heterocíclica de cada nucleótido é perpendicular ao eixo da hélice dupla, ou seja as bases estão no plano horizontal quando a hélice dupla é vista na vertical. Os pares de bases Adenina-Timina e Guanina-Citosina têm a mesma dimensão, o que resulta numa secção eficaz uniforme ao longo de toda a hélice dupla de DNA. Outras combinações de bases têm dimensões diferentes e implicariam uma diminuição da estabilidade da hélice dupla de DNA causando variação nas dimensões da área de secção e consequentemente diminuindo as interações entre bases. Os nucleótidos e os ácidos nucleicos são acídicos devido à presença de grupos P-OH. Embora as estruturas dos nucleótidos e dos ácidos nucleicos sejam por vezes representadas com os grupos P-OH na forma não ionizada, é importante reter que nas condições fisiológicas de pH este se encontra ionizado na forma de P-O-