ในการรวมตัวกันเป็นกรดนิวคลีอิก นิวคลีโอไทด์แต่ละตัวจะต่อกันด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์โดยหมู่ฟอสเฟต ที่คาร์บอนตัวที่ห้าของเพนโทสของนิวคลีโอไทด์ตัวหลังจะต่อกับหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) ที่คาร์บอนตัวที่สามของเพนโทสของนิวคลีโอไทด์ตัวหน้า และจะต่อเช่นนี้ไปเรื่อยๆ สายของกรดนิวคลีอิกมีสองปลาย ปลายที่หมู่ฟอสเฟตเป็นอิสระเรียก ปลาย 5’ ส่วนปลายที่หมู่ไฮดรอกซิลเป็นอิสระเรียกว่าปลาย 3’

เนื่องจากส่วนของฟอสเฟตและน้ำตาลของนิวคลีโอไทด์เป็นส่วนที่คล้ายคลึงกัน แต่จุดที่ทำให้นิวคลีโอไทด์แต่ละตัวต่างกันอยู่ที่เบส ดังนั้นชนิดของเบสจึงเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติของนิวคลีโอไทด์ ซึ่งเบสสามารถเข้าคู่กันด้วยพันธะไฮโดรเจนเป็นคู่ๆได้ เบสที่เข้าคู่กันได้นี้เรียกว่าเบสคู่สม เบสคู่สมมีสองคู่คือ A กับ T (หรือ U) และ G กับ C