遗传密码是信使RNA（mRNA）中的核苷酸序列与组装成蛋白质的氨基酸之间的对应关系。在翻译（生物学）过程中，细胞内的分子机器每次读取三个核苷酸；每个三联体，即密码子，指定一种氨基酸或一个终止合成的信号。因此，遗传密码是一套解码系统，而不是某个个体或物种的特定遗传序列。大多数生物共用标准遗传密码，但自然界中也存在若干变体。(ncbi.nlm.nih.gov)
标准遗传密码的组成
RNA含有四种主要的核苷酸碱基：腺嘌呤、尿嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶，分别缩写为A、U、G和C。这四种碱基的所有三联组合共有4³种，即64个密码子。在标准遗传密码中，61个密码子指定20种标准氨基酸，而UAA、UAG和UGA作为终止信号。密码子通常按mRNA的5′至3′方向书写。脱氧核糖核酸序列表则可能用代表胸腺嘧啶的T代替U。(ncbi.nlm.nih.gov)
遗传密码具有简并性，即多个密码子可以指定同一种氨基酸。亮氨酸、丝氨酸和精氨酸各有六个密码子；在标准遗传密码中，甲硫氨酸和色氨酸各只有一个密码子。指定同一种氨基酸的密码子称为同义密码子。简并性通常并不意味着含义不确定：在特定的遗传密码体系和解码情境下，每个密码子都有明确的含义。(ncbi.nlm.nih.gov)
AUG指定甲硫氨酸，也是最常见的起始密码子。它能否发挥起始信号的作用，取决于周围序列和翻译起始机制，而不仅仅取决于这个三联体本身。其他密码子也可用作起始密码子，尤其是在细菌和细胞器中；它们在翻译起始时的含义可能不同于在肽链延伸时的含义。(ncbi.nlm.nih.gov)
阅读框与分子解码
对于编码蛋白质的基因，转录（生物学）会生成承载遗传信息的RNA副本。随后，翻译沿mRNA的特定阅读框进行，即将连续的核苷酸按三个一组划分。在通常的编码区内，密码子被连续读取，彼此之间既没有分隔标记，也不相互重叠。将起始位置移动一个核苷酸，就会改变这种分组方式，通常也会改变最终生成的蛋白质序列。(ncbi.nlm.nih.gov)
核糖体协调解码过程，而转运RNA（tRNA）充当衔接分子。每个tRNA携带一种氨基酸，并含有一个可与mRNA密码子配对的反密码子。氨酰-tRNA合成酶是一类酶，负责将适当的氨基酸连接到相应的tRNA上。因此，密码子与氨基酸之间的对应关系是由翻译装置实现的，而不是通过氨基酸与其密码子之间的直接识别来实现。(ncbi.nlm.nih.gov)
密码子第三位的配对可以容纳某些非标准的碱基相互作用。这种摆动碱基配对使一个tRNA能够识别多个同义密码子。tRNA中的修饰碱基也会进一步影响识别过程。标准终止密码子通常由释放因子识别，而非由携带氨基酸的tRNA识别，从而使已合成的多肽释放出来。(ncbi.nlm.nih.gov)
实验破译
遗传密码的破译依靠遗传学实验，以及能在完整细胞之外合成蛋白质的生化系统。1961年，马歇尔·尼伦伯格和海因里希·马特伊证明，由重复的尿嘧啶核苷酸残基组成的人工合成RNA能够指导多聚苯丙氨酸的形成。这确立了UUU是苯丙氨酸的密码子。(njc.rockefeller.edu)
随后，研究人员通过使用人工合成RNA的实验和密码子识别试验，确定了其余密码子的含义。哈尔·戈宾德·科拉纳等研究人员开发了利用确定序列的RNA开展实验的方法，到1966年，标准遗传密码已被破译。尼伦伯格、科拉纳和罗伯特·霍利因阐明遗传密码及其在蛋白质合成中的作用，共同获得了1968年诺贝尔生理学或医学奖。(genome.gov)
通用性与自然界中的例外
遗传密码在细菌、古菌和真核生物中广泛保守，这与它们具有共同祖先的观点相符。不过，“通用遗传密码”只是近似的说法。某些细胞核和细胞器的基因组需要使用不同的密码子翻译表。(ncbi.nlm.nih.gov)
线粒体中存在已得到充分证实的例外。在脊椎动物线粒体的遗传密码中，UGA指定色氨酸而非终止信号，AUA指定甲硫氨酸而非异亮氨酸。一些纤毛虫的UAA和UAG指定谷氨酰胺。这类密码子含义的重新分配，与仅仅以不同频率使用同义密码子有所不同。(ncbi.nlm.nih.gov)
专门的解码系统还可以将其他氨基酸纳入蛋白质。硒代半胱氨酸通常在专门的tRNA、翻译因子和RNA信号的协助下，在特定的UGA密码子处插入。某些微生物可以在UAG密码子处插入吡咯赖氨酸。这些系统扩展了通常由20种氨基酸构成的编码范围，却没有引入新的基本核苷酸字母。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
突变与序列解读
遗传密码决定了编码序列中的突变如何影响氨基酸序列。同义替换不改变所编码的氨基酸；错义替换会改变氨基酸；无义替换则会产生提前出现的终止密码子。插入或缺失的核苷酸数目若不是三的倍数，就可能使阅读框发生移位，改变下游的密码子。(ncbi.nlm.nih.gov)
同义变化在功能上不一定是中性的：它们可能影响RNA加工或翻译。反过来，仅凭发生了氨基酸替换，也不能确定它对蛋白质功能的影响。解读DNA测序结果时，研究人员必须区分密码子的含义与序列变化的生物学后果，并根据所研究的生物及其细胞内区室，选择适用的密码子翻译表。(genome.gov)