Unverzweigtes Riesenmolekül aus Phosphaten, Zuckern und stickstoffhaltigen Basen. Die Phosphate sind zu einer langen, unverzweigten Kette aufgereiht. An jedem Phosphat sitzt ein Zuckerrest und an jedem Zuckerrest ist eine stickstoffhaltige Base befestigt. Je nachdem, ob es sich bei dem Zucker um eine Ribose oder um eine Desoxyribose handelt, wird zwischen Desoxysäuren und Ribonukleinsäuren unterschieden.
Die Basen existieren in jeweils vier Varianten: Adenin, Cytosin, Guanin und Thymidin bei der Desoxyribonukleinsäure bzw. Uracil bei der Ribonukleinsäure. Der einzelne Nukleinsäurebaustein nennt sich Nukleotid. Zucker und stickstoffhaltige Base ohne Phosphat werden als Nukleosid bezeichnet. Da die Spaltung von Phosphatbindungen viel Energie freisetzt, dienen Nukleinsäuren mit zwei bis drei Nukleotiden dem Körper als Energiereserve. Der verbreitetste Energiespeicher ist Adenosintriphosphat (ATP), das zum Beispiel an den Muskelbewegungen beteiligt ist.