Come deposito di tutte le informazioni genetiche, il DNA è altamente stabile. Tuttavia, come qualsiasi molecola organica, è suscettibile a una varietà di cambiamenti che possono alterare la sua base chimica, compreso calore, radiazioni, e ossidazione da radicali liberi prodotti durante la respirazione cellulare. Anche l'acqua è presente abbondantemente nella cella e può potenzialmente causare danni idrolitici.

Esistono sono due tipi di reazioni idrolitiche che danneggiano spontaneamente le basi del DNA in condizioni fisiologiche. La prima, definita deaminazione, colpisce le basi di pirimidina, come la citosina, ed è caratterizzata dalla perdita di un gruppo amminico e dalla presenza di acqua che converte la base in uracile. La seconda è la depurazione, che rappresenta la perdita di basi puriniche a causa della scissione del legame tra la base e il deossiribosio, lasciando un sito apurinico nel DNA.

Questi diversi tipi di danno portano a mutazioni casuali, che possono essere molto dannose, causando instabilità del genoma, morte cellulare, o tumori, tra le altre condizioni. Fortunatamente, solo alcune di queste mutazioni sono mantenute durante la replicazione del DNA grazie ai meccanismi di riparazione altamente efficienti delle cellule. La struttura a doppio filamento del DNA stessa è particolarmente adatta alla riparazione, perché contiene due copie separate dell'informazione genetica nei suoi due filamenti.

Questo significa che quando un filamento è danneggiato, il filamento complementare può essere usato come stampo per ripristinare la sequenza nucleotidica corretta. Ci sono tre meccanismi comuni di riparazione del DNA:il primo, la riparazione per escissione di base, si concentra sul fissaggio del danno endogeno del DNA, come il danno idrolitico con conseguente deaminazione o depurinazione. La riparazione dell'escissione nucleotidica può correggere il danno causato dalla luce ultravioletta o da una certa sostanza chimica cancerogena.

Infine, la riparazione corregge l'incorporazione di basi difettose da parte della DNA polimerasi durante la replicazione, che porterebbe all'accoppiamento di basi errato.