Les substances qui composent les côtés de l'échelle de l'ADN sont une alternance de groupes phosphate et de molécules de sucre désoxyribose. Les groupes phosphate sont des molécules inorganiques constituées d'un atome de phosphore lié chimiquement à plusieurs atomes d'oxygène. Le désoxyribose est un type de sucre comportant cinq atomes de carbone.
Un nucléotide libre est constitué de trois groupes phosphate liés au désoxyribose, qui est ensuite lié à l'une des quatre bases nucléotidiques : adénine, thymine, guanine et cytosine. Lorsqu'un nucléotide est ajouté à un brin d'ADN en croissance, deux des groupes phosphate sont détachés, laissant le seul groupe phosphate lié au sucre. Le sucre désoxyribose est similaire au sucre de l'acide ribonucléique, ou ARN, mais il lui manque un atome d'oxygène.
