تم تحديد البنية الجزيئية للحمض النووي بواسطة جيمس واتسون وفرانسيس كريك في عام ١٩٥٣، حيث وصف عمل واتسون وكريك نموذجًا لهيكل الحمض النووي على شكل لولب مزدوج يتألف من سلسلتين متقابلتين من القواعد النووية مرتبطتين بجزيئات السكر والفوسفات. يشرح هذا النموذج كيفية تكوّن المعلومات الوراثية وتضاعفها، إذ تؤدي قواعد الأدينين والثايمين والغوانين والسايتوسين أزواجًا متكاملة تسمح بنسخ سلسلة قادرة على نقل الصفات الوراثية بين الخلايا والأجيال، كما يشكل فهم بنية الحمض النووي أساسًا لتطور علم الوراثة والجينات والتقنيات المولِّدية اللاحقة في البيولوجيا الجزيئية.
