L'appariement d'une purine spécifique à une pyrimidine spécifique est dû à la structure et aux propriétés de chaque cycle et à l'ajustement tridimensionnel entre les compléments. La purine et la pyrimidine sont des composés organiques à cycle aromatique qui agissent comme les éléments constitutifs de l'acide nucléique. Dans l'ADN, les purines se présentent sous forme d'adénine et de guanine, tandis que les pyrimidines se présentent sous forme de thymine et de cytosine. Dans l'appariement des bases d'ADN, l'adénine s'apparie avec la thymine et la guanine s'apparie avec la cytosine.
Les paires de bases correspondantes composées d'une purine et d'une pyrimidine forment des liaisons hydrogène. Les purines ont une structure à double cycle et les pyrimidines ont une structure à un seul cycle. L'adénine et la thymine ont toutes deux deux sites où elles forment des liaisons hydrogène, tandis que la guanine et la cytosine ont trois sites. Liées ensemble, ces bases azotées forment les barreaux de l'échelle de l'ADN, ou double hélice.
La liaison hydrogène entre les cycles n'est possible que sous une forme tautomère spécifique. Comme expliqué par le département de chimie de l'Université du Maine, les tautomères sont des isomères liés par le changement de position d'un seul hydrogène et d'une double liaison. Pour chacune des quatre bases azotées, une forme tautomère spécifique doit être incorporée pour une liaison, une stabilité et une fixation appropriées au squelette sucre-phosphate de l'ADN. Si les paires de bases sont les barreaux d'une échelle, le squelette sucre-phosphate agit comme les côtés de l'échelle. Avec une torsion hélicoïdale de l'échelle, il y a moins d'encombrement stérique entre les atomes voisins dans la molécule d'ADN.
