Нуклеотиди з'єднані між собою ковалентно у довгі полінуклеотидні ланцюги. Ці ланцюги в переважній більшості випадків (крім деяких вірусів, що мають одноланцюжкові ДНК-геноми) попарно об'єднуються за допомогою водневих зв'язків у вторинну структуру, що отримала назву подвійної спіралі.

Нуклеотиди РНК здатні утворювати водневі зв'язки між собою. Ланцюги РНК значно коротше ланцюгів ДНК. Мономір РНК — нуклеотид (рибонуклеотид) – складається із залишків трьох речовин: 1) азотистої основи, 2) п'ятивуглецевого моносахариду (пентози) та 3) фосфорної кислоти.

Кожен нуклеотид утворюється внаслідок взаємодії трьох компонентів: азотистої основи, моносахариду пентози та фосфорної кислоти. Компоненти нуклеотиду з'єднані між собою ковалентними зв'язками; азотиста основа та фосфорна кислота приєднуються до різних вуглецевих атомів молекули вуглеводу.