DNA 分子的两个结构特征为遗传机制提供了基础:四个核苷酸碱基及其双链性质。1952 年提出的双螺旋 DNA 结构的 Watson-Crick 模型在很大程度上借鉴了研究人员 Rosalind Franklin 和 Maurice Wilkins 的 X 射线晶体学工作。1962 年，Watson、Crick 和 Wilkins 因其工作而共同获得诺贝尔生理学或医学奖。富兰克林被排除在奖项之外的原因仍在争论中，

这引起了争议。 Watson

- Crick 的 DNA 模型非常简单地提出，DNA 由两条核苷酸链组成，它们相互缠绕形成右旋螺旋，核苷酸配对发生在嘌呤和嘧啶之间。

两条 DNA 链是反平行的，这意味着一条链的 3' 端面向另一条链的 5' 端。这使得每条链在 DNA 复制过程中都可以作为其伴侣的模板，产生两条彼此完全互补的新 DNA 链。然而，DNA 复制是否以这种方式发生尚不清楚。

Meselson 和 Stahl 实验

Meselson 和 Stahl 在含有"重"氮同位素 ¹⁵N 的培养基中培养了几代大肠杆菌。随着时间的推移，重氮被掺入含氮核苷酸碱基中，从而掺入 DNA。在此之后，将大肠杆菌放入含有不同氮同位素 ¹⁴N 的培养基中，并再生长几代。每次生成后，从一些细胞中分离出 DNA 样品，加载到梯度中，然后高速离心。在梯度中，DNA 将根据其浮力密度（即 DNA 漂浮的梯度内的密度）进行分离。

在 ¹⁵N 培养基中，在离心管的下部观察到一条高密度条带。在细菌转移到"较轻"的培养基后，该单条带在色谱柱中立即向上移动，表明密度较低。然而，随后的几代产生了两个波段:一个对应于 ¹⁴N 密度，另一个位于中间位置。这一结果只能用半保守的复制模式来解释，从而验证了 Watson-Crick 模型。