DNS kettős csavarodás* (double helix). A két csavarmenetű DNS-szál egymás köré tekeredik ellentétes irányban (az egyik 5’→3’ a másik 3’→5’ helyzetű). Ezt a szerkezetet nevezzük kettős csavarodásnak­*; ez a kettős DNS-szál alakja. A kettős szál átmérője 2 nm. A bázisok síkja a tengelyre merőleges, de a bázisok egymáshoz viszonyítva 36^o-kal elfordulnak, a köztük lévő távolság 0,34 nm. A csavarlat egy-egy 360º-os fordulata között tehát 10 nukleotid található, a csavarulat távolsága pedig 3,4 nm. Az ettől eltérő tekeredés a túltekeredés (supercoiling), amely lehet negatív és pozitív. (→DNS-túltekeredés).

A két szálú DNS állékonyságában jelentős szerepe van a víztaszító hatásnak: A bázisoknak viszonylag nincs töltésük (víztaszítók), a foszfát pedig negatív töltésű (vízkedvelő), ezért kerül a foszfátot tartalmazó gerinc a DNS felszínére, és zárja be a bázisokat. A foszfát miatt a DNS felszíne negatív töltésű, és mert vizes közegben a töltéssel bíró (vízkedvelő) molekulák fordulnak a víz felé, a foszfát akadályozza, hogy a víz hozzáférjen az észterkötéshez, és felbontsa. A foszfátcsoport tehát védi a DNS-t a vízoldékonyságtól. A DNS szerkezetének állandóságában lényeges még az is, hogy a bázisok oxoformában vannak – ez teszi lehetővé, hogy a törzsfejlődésben bekövetkezhessenek szerkezetváltozások. Az enolforma kivételesen fordul elő. A kettős szál biztonságát még az is segíti, hogy a bázisok között jelentékeny London-féle kölcsönhatások is kialakulnak.

A DNS-szálak egymás köré tekeredése végbemehet jobbra és balra is, ezért jobbmenetes (a-, b-, és cDNS) és balmenetes (zDNS) csavarulat is keletkezhet. A bDNS-t (B-form DNA) tekintjük a DNS élettani formájának, a szervezetben általában ez fordul elő. Az aDNS és a cDNS környezeti hatásokra (alacsony nedvesség és sótartalom) a bDNS-ből keletkezik. Az aDNS-ben a bázispárok nem merőlegesek a kettős szál képzelt tengelyére – attól 19^o-kal eltérnek –, aminek következtében a kis árok szinte eltűnik, a DNS megrövidül. Egy-egy menetnek megfelelően nem 10, hanem 11 nukleotid helyezkedik el. A cDNS a bDNS-től abban tér el, hogy benne egy-egy csavarulatot 9 nukleotid képez.

A zDNS nevét cikkcakkos (zig-zag) felcsavarodásáról kapta, amely a nukleozidok térbeli elhelyezkedéséből keletkezik. Szemben az anti helyzetű a- és bDNS-sel, a zDNS-ben a pirimidin- anti, a purinnukleozidok szün helyzetűek, ezért bennük csak egyféle árok található. Egy-egy csavarmenetet 12 nukleotid képez. A zDNS hosszabb és vékonyabb, mint a bDNS. Előfordul, hogy a DNS-nek csupán egy-egy rövidebb szakaszán alakul ki.

A két szálú DNS jóval állékonyabb, mint az egyszálú, mert a kettős csavarodás védi a bázisokat a károsító, másulást okozó vegyi és enzimhatásoktól. Erre utal pl. az is, hogy a citidin deaminacioja, aminek következtében a citidinből uracil keletkezik, csak az egyszálú DNS-en következik be, a kétszálun nem. További előnye a kettős szerkezetnek, hogy ugyanazt a genetikai üzenetet a sejt két szálon is tárolja; a szálak egymás kiegészítői. Ha hiba keletkezik, a nukleotidsor a másik szálról teljesen helyreállítható.

A kettős szerkezet rugalmas, a DNS-folyamatokban, pl. génátíródás, DNS-másolódás vagy DNS-javítás, a két szál szétválik, a folyamatokban résztvevő fehérjék csak így férhetnek a bázisokhoz. A szálak szétválasztását a a DNS-helikázok végzik a hidrogénkötések felbontásával ATP-energia segítségével.