Es el material genético de todos los organismos celulares y casi todos los virus. El ADN lleva la información necesaria para dirigir la síntesis de proteínas y la replicación. En casi todos los organismos celulares el ADN está organizado en forma de cromosomas, situados en el núcleo de la célula.

El ADN es un polímero cuyas unidades básicas o monómeros se denominan nucleótidos. Cada nucleótido consta de una base nitrogenada y un azúcar de cinco carbonos (desoxirribosa), normalmente designados con números del 1 al 5 nombrando cada uno de los carbonos. La unión entre cada pareja de nucleótidos vecinos se lleva a cabo mediante un grupo fosfato, que establece un enlace entre el carbono 5' del azúcar de un nucleótido y el carbono 3' del nucleótido adyacente. La molécula de ADN presenta, pues, direccionalidad: de extremo 5' hacia otro 3'. 

Existen cuatro bases nitrogenadas: adenina, guanina - derivados de la purina que es un compuesto cíclico, de carácter aromático, incoloro, soluble en agua y alcohol caliente - citosina y timina - que son derivados de la pirimidina, compuesto cíclico hexagonal, de carácter aromático, con dos átomos de nitrógeno en el anillo - abreviadamente A, G, C y T.   Estas cadenas forman una especie de escalera retorcida (doble hélice) donde la molécula de desoxirribosa ocupa el centro del nucleótido y está flanqueada por un grupo fosfato a un lado y una base al otro. Parecen formar los lados de la escalera, las bases están enfrentadas por parejas, mirando hacia el interior como si fueran los travesaños. Los nucleótidos de cada una de las dos cadenas que forman el ADN establecen una asociación específica con los correspondientes de la otra cadena. Debido a la afinidad química entre las bases, los nucleótidos que contienen adenina se acoplan siempre con los que contienen timina, y los que contienen citosina con los que contienen guanina. Las bases complementarias se unen entre sí por enlaces intermoleculares, por puente hidrógeno.

Si bien la molécula de ADN es autorreplicante, necesita de enzimas especiales (ADN polimerasa) para producir réplicas de sí misma. Cuando la molécula de ADN se replica, al romperse los enlaces de hidrógeno, se separa la estructura helicoidal para formar una nueva cadena complementaria (sobre cada estructura separada) con los nucleótidos disponibles en la célula. Los nucleótidos requeridos para la síntesis se ensamblan como trifosfatos, es así como la adenina se provee como ATP (adenosin tri fosfato), la guanina como un análogo GTP (guanina tri fosfato), etc. Estos grupos P ~ P "adicionales" aportan la energía que propulsa las reacciones mediadas por el ADN polimerasa. A medida que los nucleótidos se unen a la cadena de ADN en crecimiento los dos fosfatos son separados y liberados pero casi inmediatamente otra enzima rompe el enlace entre ambos, de modo que quedan libre como fosfato inorgánico.

En 1953, el bioquímico estadounidense James Watson y el biofísico británico Francis Crick publicaron la primera descripción de la estructura del ADN. Su modelo adquirió tal importancia para comprender la síntesis proteica, la replicación del ADN y las mutaciones, que los científicos obtuvieron en 1962 el Premio Nobel de Medicina por su trabajo. El ADN continúa siendo objeto de estudio, y los resultados de la investigación se aplican a muchas disciplinas, como por ejemplo el llamado Proyecto Genoma Humano que es un programa de investigación financiado por el gobierno de Estados Unidos para determinar la secuencia de bases de los tres mil millones de pares de nucleótidos que forman el material genético humano. La medicina forense utiliza técnicas desarrolladas en el curso de la investigación sobre el ADN para identificar delincuentes. La agricultura y la ganadería se valen ahora de técnicas de manipulación de ADN conocidas como ingeniería genética y biotecnología. Las estirpes de plantas cultivadas a las que se han transferido genes pueden rendir cosechas mayores o ser más resistentes a los insectos. También los animales se han sometido a intervenciones de este tipo para obtener razas con mayor producción de leche o de carne o variedades de cerdo más ricas en carne y con menos grasa.