Una de las características únicas del ARNt es la presencia de bases modificadas. En algunos ARNt, las bases modificadas representan casi el 20% del total de bases de la molécula. En conjunto, estas bases inusuales protegen el ARNt de la degradación enzimática por parte de las ARNasas.

Cada una de estas modificaciones químicas es llevada por una enzima específica, la post-transcripción. Todas estas enzimas tienen una base y una especificidad de sitio únicas. La metilación, la modificación química más común, es llevada a cabo por al menos nueve enzimas diferentes, con tres enzimas dedicadas a la metilación de la guanina en diferentes posiciones.

La naturaleza y la posición de estas bases modificadas son específicas de cada especie. Así, hay varias bases que son exclusivas de los eucariotas o procariotas. Por ejemplo, la tiolación de la adenina solo se observa en procariotas, mientras que la metilación de la citosina se restringe a los eucariotas. En general, los ARNt eucariotas se modifican en mayor medida que los de los procariotas.

Aunque la naturaleza de las modificaciones puede variar, algunas regiones del ARNt siempre están muy modificadas. Cada una de las tres regiones del bucle del tallo o "brazos" del ARNt tiene bases modificadas que sirven para propósitos únicos. El brazo de TΨC, llamado así por la presencia de los nucleótidos timina, pseudouridina y citosina, es reconocido por el ribosoma durante la traducción. El brazo DHU o D que contiene el pirimidina dihidrouracilo modificado sirve como sitio de reconocimiento para la enzima aminoacil-ARNt sintetasa, que cataliza la adición covalente de un aminoácido al ARNt. El asa del anticodón a menudo tiene una base queuína, que es una guanina modificada. Esta base crea un par de bamboleo con la secuencia de codones en el ARNm, es decir, forma un par de bases que no sigue las reglas del par de bases de Watson-Crick. Por lo general, un ARNt se une al ARNm más "suelto" en la tercera posición del codón. Esto permite varios tipos de apareamiento de bases no Watson-Crick o bases de bamboleo en la tercera posición del codón. Se ha observado que la presencia de queuína en la primera posición del anticodón, que se empareja con la tercera posición del codón, mejora la precisión de la traducción del ARNt.