Είναι πολυμερή απλούστερων ενώσεων, των νουκλεοτιδίων,  αποτελούν το γενετικό υλικό των οργανισμών και καθορίζουν την παραγωγή των πρωτεϊνών. Η δομική μονάδα των νουκλεϊνικών οξέων, το νουκλεοτίδιο, αποτελείται από μια πεντόζη (δεσοξυριβόζη ή ριβόζη), μια αζωτούχο βάση (πουρίνη ή πυριμιδίνη) και φωσφορικό οξύ.

Τα νουκλεοτίδια ενώνονται μεταξύ τους για τον σχηματισμό των αλυσίδων των νουκλεϊνικών οξέων με φωσφοδιεστερικό δεσμό, ο οποίος είναι ομοιοπολικός δεσμός. Ο δεσμός αυτός δημιουργείται μεταξύ του υδροξυλίου του 3’ άνθρακα της πεντόζης του πρώτου νουκλεοτιδίου και της φωσφορικής ομάδας που είναι συνδεδεμένη στον 5’ άνθρακα της πεντόζης του επόμενου νουκλεοτιδίου και ονομάζεται 3’-5’ φωσφοδιεστερικός δεσμός.Ανεξάρτητα με τον αριθμό των νουκλεοτιδίων από τα οποία αποτελείται μια πολυνουκλεοτιδικήαλυσίδα, το 1ο της νουκλεοτίδιο έχει πάντα μια ελεύθερη φωσφορική ομάδα στον 5’ άνθρακα της πεντόζης του και το τελευταίο νουκλεοτίδιό της έχει ελεύθερο του δροξύλιοτου 3’ άνθρακα της πεντόζης του. Για το λόγο αυτό, θεωρείται ότι η σύνθεση των νουκλεϊνικών οξέων έχει κατεύθυνση 5’-3’.