核酸是由相互连接的核苷酸组成的生物聚合物。其两种主要形式是脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。这些分子是活体细胞的重要组成部分，也是病毒的遗传物质。DNA主要储存遗传信息，而RNA参与这些信息的表达，并发挥多种结构、调控和催化作用。核酸的许多生物学特性取决于核苷酸的排列顺序，而不仅仅取决于其化学组成。(genome.gov)
化学组成
每个核苷酸都含有一个含氮碱基、一个五碳糖以及一个或多个磷酸基团。DNA中的糖是脱氧核糖，RNA中的糖则是核糖。DNA的主要碱基为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶，通常分别缩写为A、G、C和T。RNA通常以尿嘧啶（缩写为U）代替胸腺嘧啶。因此，这两类核酸都由少数几种反复出现的化学单元构成，这些单元排列成序列，长度可非常大。(genome.gov)
相邻核苷酸通过磷酸二酯键连接，形成糖与磷酸交替排列的骨架。每个连接都通过磷酸将一个糖的3′位与下一个糖的5′位相连。这种排列赋予核酸链化学方向性：核苷酸序列通常按从5′端到3′端的方向书写。撇号用于区分糖上的位置与碱基上的位置。在DNA双螺旋中，含磷酸的骨架位于配对碱基的外侧，并带有负电荷。(nature.com)
两类核酸在糖的2′位上存在一项重要的化学差异：RNA在该位置带有羟基，DNA则带有氢原子。这个羟基使RNA的骨架更容易断裂，因此RNA的化学稳定性低于DNA。不过，RNA的稳定性也取决于分子结构和环境条件，并非所有RNA的寿命都很短。(nature.com)
结构与互补配对
细胞内的DNA通常形成双螺旋，由两条反向平行的链组成：一条链沿5′至3′方向延伸，另一条链则沿相反方向延伸。碱基朝向内侧，其中腺嘌呤与胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤与胞嘧啶配对。这些互补碱基对通过氢键连接。由于这种互补关系，一条链的序列能够确定另一条链的序列，从而为遗传信息的准确复制提供分子基础。(nature.com)
RNA通常为单链，但这并不意味着它缺乏有序结构。同一个分子中的互补区域可以相互配对，形成茎、环以及更复杂的折叠结构。这些结构使RNA分子能够识别其他分子并执行特定功能。DNA和RNA的常见链结构也有例外：RNA可以是双链，一些生物体内的DNA分子则是单链。(genome.gov)
遗传信息的储存与表达
DNA含有基因以及影响基因在何时、何处发挥作用的调控序列。在真核生物中，大部分DNA位于细胞核内，并组织成染色体。此外，线粒体中也含有DNA。一个生物体的全套遗传物质称为其基因组。因此，尽管“核酸”这一名称源于历史，这些分子并不只存在于细胞核中。(genome.gov)
在DNA复制过程中，已有的DNA为新DNA的合成提供模板。DNA聚合酶通过逐个添加核苷酸来构建互补链。在转录（生物学）过程中，DNA序列则充当合成RNA的模板。转录是基因表达的核心步骤，但所产生的RNA不一定编码蛋白质：许多RNA分子本身就能直接发挥功能。(genome.gov)
信使RNA携带翻译（生物学）过程所需的信息。核糖体以三个核苷酸为一个单位读取这些信息，这样的单位称为密码子。转运RNA分子将密码子与相应的氨基酸匹配起来，使这些氨基酸被加入不断延长的蛋白质链。核糖体RNA既参与构成核糖体的结构，也参与组装蛋白质的化学反应。(genome.gov)
蛋白质合成之外的RNA功能
RNA的功能远不止充当DNA与蛋白质之间的中间体。一些RNA通过与DNA、其他RNA或蛋白质相互作用来调控基因活性，另一些则参与RNA分子的加工。在RNA剪接过程中，转录产物中的特定区域被移除；保留区域的不同组合可以使同一个基因产生不同的RNA。(genome.gov)
具有催化活性的RNA称为核酶。RNA既能携带信息，又能促进化学反应，这些能力为RNA世界假说提供了依据。该假说认为，RNA曾在生命演化的早期阶段发挥核心作用。这是一种关于生命起源的假说，而不是对生命如何诞生的已获证实的描述。(genome.gov)
发现与实验研究
1869年，弗里德里希·米舍尔从白细胞的细胞核中分离出一种此前未知的物质，并将其命名为“核素”（nuclein）。这种物质的性质与蛋白质不同，后来被确定为DNA。1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克发表了他们的双螺旋模型，其中的互补碱基配对关系提示了一种复制遗传物质的机制。(fmi.ch)
多种实验室方法利用了核酸的结构特性。聚合酶链式反应通过反复进行多轮合成来扩增选定的DNA片段。DNA测序确定DNA的碱基排列顺序，使研究人员能够识别基因、调控区域及序列差异。凝胶电泳利用电场和多孔介质分离核酸分子；通过与长度标准进行比较，可以帮助确定样品中各片段的特征。(genome.gov)