Les deux côtés de l'ADN sont maintenus ensemble par des liaisons hydrogène. Ces liaisons contribuent à la structure caractéristique en double hélice proposée pour la première fois par les scientifiques James Watson et Francis Crick en 1953. Des liaisons hydrogène sont formées entre quatre bases trouvées dans l'ADN.
Les bases azotées qui contribuent à la structure de l'ADN sont l'adénine, la thymine, la cytosine et la guanine. Chaque adénine forme deux liaisons hydrogène avec la thymine et n'interagit ni ne se lie avec la cytosine ou la guanine dans des circonstances normales. De même, la cytosine forme trois liaisons hydrogène avec la guanine et n'interagit pas avec la thymine ou l'adénine. Une liaison hydrogène incorrecte entre les bases peut entraîner des erreurs qui doivent être reconnues et corrigées par un processus appelé réparation des mésappariements de l'ADN.
