O ADN assemelha-se a uma escada torcida. E os degraus da escada do ADN a são pares complementares de bases ozonizadas. De acordo com as regras do emparelhamento de base, adenina, uma purina, emparelha-se com a timina, uma pirimidina, com duas ligações de hidrogénio.

E aparece a guanina, uma purina com citosina, uma pirimidina, com três ligações de hidrogénio. Mas porque é que as purinas emparelham sempre com as pirimidinas. Devido às restrições estereotipadas que são restrições espaciais impostas pelo fosfato de açúcar na espinha dorsal do ADN, apenas um espaço de 10, 85 angstrom está disponível para a base numa dupla hélice de ADN.

As purinas têm uma estrutura dupla em anel. Portanto, duas purinas juntos serão demasiado grandes para caber neste espaço. Por outro lado, se colocarmos duas pirimidinas juntas, que contêm apenas um único anel, a distância entre eles será demasiado grande para formar ligações de hidrogénio, que são aproximadamente duas angstroms de comprimento.

No entanto, se emparelharmos uma purina e uma pirimidina, encaixam perfeitamente dentro da hélice de ADN e estão suficientemente próximas para formarem ligações de hidrogénio. As ligações de hidrogênio podem formar-se quando um o átomo de hidrogénio está aproximadamente a duas angstroms de um átomo eletronegativo, tal como oxigénio ou nitrogénio. A adenina tem um átomo de hidrogénio próximo a um oxigénio e a uma timina.

E a timina tem um hidrogénio próximo de um nitrogénio e uma adenina. Isto leva à formação de duas ligações de hidrogénio. A adenina não pode formar ligações de hidrogénio com citosina, porque a citosina tem um átomo de hidrogénio onde o oxigénio e timina seria.

E o átomo de hidrogénio que está presente na timina está ausente na citosina. Ocorre um fenómeno semelhante na base do par citosina guanina onde um oxigénio na guanina, e um oxigénio e um ozônio na citosina são posicionados cada um através de um hidrogénio, que conduzem à formação de três ligações de hidrogénio, o que não acontece no emparelhamento da guanina da base da timina. A elevada especificidade de emparelhamento de base, juntamente com a ajuda de enzimas de replicação de ADN, é por isso que adenina se emparelha sempre com a timina e guanina se emparelha sempre com a citosina.