当两条 DNA 链都受损时，就没有完整的模板可以进行准确修复，但如果不修复，这种情况会导致细胞死亡。

有两种机制可以修复双股断裂。第一种类型，非同源末端连接，即使它们之间没有序列相似性，也允许末端连接 - 并且发生在 DNA 复制之前，当 DNA 需要快速修复时。

在哺乳动物细胞中，这是由 DNA 末端结合的异二聚体蛋白 Ku 完成的，该蛋白与 DNA 依赖性蛋白激酶的催化亚基形成复合物。

该复合物将断裂的染色体末端固定在适当的位置，而 DNA 聚合酶插入核苷酸以弥合这些末端之间的间隙。接下来，DNA 连接酶 IV 与其辅因子 XRCC 和另一种称为 XLF 的蛋白质形成复合物，并重新连接和密封这些末端。

像这样的快速修复会导致修复部位发生突变，或导致基因组重排，包括缺失、遗传物质易位和融合，这可能导致染色体具有两个着丝粒，或完全缺乏着丝粒。

突变很普遍，人类体细胞可以耐受多达 2000 种突变。另一方面，基因组重排很少见 - 但可以在癌细胞中找到。

大多数 DNA 双链断裂导致单链突出端，第二种修复类型，同源重组，修复这些断裂。这种形式的重组比非同源末端连接准确得多，并且需要来自姐妹染色单体的 DNA 作为模板——因此它通常发生在细胞分裂过程中的基因复制之后。