Les composants essentiels d'un nucléotide sont un pentose (sucre à cinq carbones), une base azotée et un à trois groupes phosphate. Les combinaisons de pentoses, bases et groupes phosphate possibles créent plusieurs nucléotides différents.
Dans la nature, deux squelettes de sucre différents sont présents dans les acides nucléiques. Le désoxyribose est présent dans l'ADN et le ribose est présent dans l'ARN. La seule différence entre ces deux sucres est que le désoxyribose a deux hydrogènes liés à son carbone 2' au lieu d'un hydrogène et d'un groupe hydroxyle comme dans le ribose. Les différentes bases azotées sont ce qui est désigné par les lettres généralement considérées comme le code génétique. Ceux-ci représentent l'adénine, la thymine, l'uracile, la guanine et la cytosine. Ces molécules sont toutes des structures à un ou deux cycles contenant des atomes d'azote. Enfin, le nombre de groupes phosphate attachés à la base détermine la quantité d'énergie stockée dans la molécule.
