Nukleotidi so kompleksne molekule, ki so gradniki za deoksiribonukleinsko kislino (DNK) in ribonukleinsko kislino (RNA). Vsak nukleotid ima tri dele – sladkor s petimi ogljiki, fosfatno skupino in organsko bazo. Obstajata dve različici sladkorja, odvisno od tega, ali je nukleotid v molekuli DNK ali RNA. Prav tako je na vsak nukleotid lahko vezana ena od petih različnih organskih baz – adenin, citozin, gvanin, timin ali uracil. Citozin, gvanin in adenin se nahajajo tako v RNA kot v DNK molekulah, medtem ko je timin samo v DNK, uracil pa samo v RNA.
Vseh pet baz ima kompleksno obročno strukturo, sestavljeno iz atomov ogljika in dušika. Zaradi atomov dušika, ki jih najdemo v obroču, se baze imenujejo tudi dušikove baze. Vsaka od baz ima kemično strukturo, ki se razlikuje od ostalih štirih, kar omogoča specifično združevanje baz med vsako od baz.
Pet baz lahko razdelimo v dve skupini glede na število obročev, ki jih najdemo v njihovi kemični strukturi. Purinske baze so sestavljene iz dveh atomskih obročev, pirimidinske baze pa imajo samo en atomski obroč. Purinske baze vključujejo adenin in gvanin, medtem ko so pirimidinske baze citozin, timin in uracil. Ko se baze združijo in povežejo skupaj, se purinske baze vežejo samo s pirimidinskimi bazami. Natančneje, adenin se veže samo s timinom ali uracilom, citozin pa se veže samo z gvaninom.
To specifično združevanje baz je zelo pomembno za stabilnost molekule DNK, ki je sestavljena iz dveh verig nukleotidov, ki se spiralno skupaj tvorita v dvojno vijačnico. Oba veriga držita skupaj z vodikovimi vezmi med komplementarnimi bazami na vsaki verigi. Adenin in timin sta vezana z dvema vodikovima vezmama, medtem ko sta gvanin in citozin povezana s tremi vodikovimi vezmi. Samo ti pari so sposobni tvoriti potrebne vodikove vezi, da je molekula DNK stabilna.
Z vezavo, ki se pojavi samo med purinskimi bazami in pirimidinskimi bazami, ostane razdalja med dvema verigoma enakomerna, kar molekuli DNK doda dodatno stabilnost. Ko se purinska baza veže s pirimidinsko bazo, se molekula z dvojnim obročem veže na eno obročno molekulo. Če bi se purinska baza vezala s purinsko bazo, bi bili pritrjeni dve molekuli z dvojnim obročem ali če bi se pirimidinska baza vezala na pirimidinsko bazo, bi se pritrdili dve enojni obročni molekuli. Če bi se zgodili vsi ti scenariji vezave, bi se molekula DNK upognila in ne bi bila enotna, kar bi vplivalo na njeno celotno strukturo in stabilnost. Stabilna molekula DNK je nujna za uspeh, saj nosi genetske informacije za vsak organizem.