Nukleotider bindes sammen ved hjelp av 3,5-fosfodiesterbindinger til lineære polymerer kalt nukleinsyrer, som er fellesbetegnelsen for DNA og RNA. Nukleinsyre består av et eller to polynukleotider som utgjør det enkelt- eller dobbelttrådete RNA og DNA. Sukkermolekylene danner sammen med fosfatgruppen den ytre grunnstrukturen i DNA/RNA-tråden, mens basene peker innover og er bundet til hverandre ved hjelp av hydrogenbindinger. Kun komplementære baser, det vil si en purin og en pyrimidin, passer sammen. A og T er komplementære baser, det samme er G og C. Rekkefølgen av de nitrogenholdige basene i DNA utgjør genetisk arv.