אחד המאפיינים הייחודיים של tRNA הוא נוכחות של בסיסים שונה. בחלק מה-tRNAs, בסיסים שעברו שינוי מהווים כמעט 20% מכלל הבסיסים במולקולה. בסך הכל, בסיסים יוצאי דופן אלה מגנים על ה-tRNA מפני פירוק אנזימטי על ידי RNases.

כל אחד מהשינויים הכימיים הללו נישא על ידי אנזים מסוים, לאחר שעתוק. לכל האנזימים הללו יש בסיס ייחודי וספציפיות לאתר. מתילציה, השינוי הכימי הנפוץ ביותר, נישאת על ידי לפחות תשעה אנזימים שונים, כאשר שלושה אנזימים ייעודיים למתילציה של גואנין במיקומים שונים.

טבעם ומיקומם של בסיסים שהשתנו אלה הם ספציפיים למין. לכן, ישנם מספר בסיסים בלעדיים eukaryotes או prokaryotes. לדוגמה, תיולציה של אדנין נצפתה רק בפרוקריוטים, בעוד שמתילציה של ציטוזין מוגבלת לאיקריוטים. באופן כללי, tRNA אאוקריוטי משתנה במידה רבה יותר מאלה של פרוקריוטים.

למרות שאופי השינויים עשוי להשתנות, אזורים מסוימים של tRNA תמיד משתנים במידה רבה. לכל אחד משלושת אזורי לולאת הגזע או "זרועות" ה-tRNA יש בסיסים מותאמים המשרתים מטרות ייחודיות. זרוע TΨC, הקרויה על שם נוכחותם של הנוקלאוטידים, התימין, הפסאודורידין והציטוזין, מזוהה על ידי הריבוזום במהלך התרגום. זרוע DHU או D המכילה את פירימידין דיהידרואורציל שעבר שינוי משמשת כאתר זיהוי לאנזים aminoacyl-tRNA synthetase, המזרז את התוספת הקוולנטית של חומצת אמינו ל-tRNA. ללולאת האנטיקודון יש לעתים קרובות בסיס תור, שהוא גואנין שונה. בסיס זה יוצר זוג Wobble עם רצף קודון על mRNA, כלומר הוא יוצר זוג בסיסים שאינו עוקב אחר חוקי זוג הבסיס ווטסון-קריק. בדרך כלל, tRNA קושר את ה-mRNA בצורה "רופפת" יותר במיקום השלישי של הקודון. זה מאפשר מספר סוגים של זיווג בסיסים שאינם ווטסון-קריק או בסיסים מתנדנדים בעמדת הקודון השלישית. זה כבר ציין כי נוכחות של תור במיקום הראשון של anticodon, אשר זוגות עם המיקום השלישי של קודון, משפר את דיוק התרגום של tRNA.