Pengulangan nukleotida mengandung segmen tulang punggung molekul, yang menyatukan rantai, dan basa, yang berinteraksi dengan untai DNA lain dalam heliks. Basa yang berikatan dengan gula disebut nukleosida dan basa yang berikatan dengan gula dan satu atau lebih gugus fosfat disebut nukleotida. Jika beberapa nukleotida dihubungkan bersama, seperti dalam DNA, polimer ini disebut polinukleotida. Tulang punggung untai DNA terbuat dari residu fosfat dan gula bergantian. Gula dalam DNA adalah 2-deoksiribosa, yang merupakan gula pentosa (lima karbon). Gula bergabung bersama oleh gugus fosfat yang membentuk ikatan fosfodiester antara atom karbon ketiga dan kelima dari cincin gula yang berdekatan. Ikatan asimetris ini berarti untai DNA memiliki arah.