基因工程操作能夠跨越天然物種屏障，把來自任何生物的基因插入到新的宿主細胞中並擴增。在體外將核酸分子插入病毒、質粒或其他載體分子，構成遺傳物質的新組合，使之進入原先並無該類分子的細胞內並持續穩定增殖和表達。基因工程的所有操作，基本上都依賴於核酸的操作技術，也就是常說的基因操作的相關實驗技術。
4.1核酸的提取與純化
核酸在細胞中的含量很少，如核DNA，每個細胞中隻有10－15～10－10g。不同物種細胞核中DNA的平均含量變動很大，但同一物種不同個體及個體的不同組織，其細胞核中DNA的含量是恒定的。RNA分子較小，相對分子質量約為2.5× 104～2× 106。DNA分子很大，相對分子質量約為106～1011。真核生物的DNA主要存在於細胞核中，隻有約5%存在於線粒體、葉綠體等細胞器中，真核生物的RNA則75%左右存在於細胞質中，約15%存在於細胞器中，約10%存在於細胞核中。原核生物的DNA集中在核質區。RNA分散在細胞質裏，細胞質中的RNA中，以rRNA的數量最多，tRNA其次，mRNA最少。真核生物的染色體DNA是雙鏈線狀，細胞器DNA、原核生物“染色體”DNA、質粒DNA是雙鏈環狀的。多數生物體的RNA分子是單鏈線狀的。病毒、類病毒所含的DNA和RNA形式多樣。
基因工程的主要操作對象就是核酸，所提取的核酸質量好壞就直接關係到實驗的成敗。
通常，細胞內的DNA包括基因組DNA和質粒DNA兩大類。基因組DNA的提取一般依據實驗材料來選擇合適的方法，相對較為簡單；而質粒DNA通常作為載體來進行轉化，關係到轉化的效率，所以顯得尤為重要。
基因組DNA的提取通常用於構建基因組文庫、Southern雜交、限製性核酸多態性（RFLP）分析以及運用PCR技術分離目的基因等。利用基因組DNA較長的特性，可以將其與細胞器或質粒等小分子DNA分離。加入一定量的異丙醇或乙醇，基因組的大分子DNA即沉澱形成纖維狀絮團飄浮其中，可用玻棒將其挑出，而小分子DNA則隻形成顆粒狀沉澱附於壁上及底部，從而達到提取DNA的目的。在提取過程中，染色體會發生機械斷裂，產生大小不同的片段，因此分離基因組DNA時應盡量在溫和的條件下操作，盡量減少酚氯仿抽提，混勻過程要輕緩，以保證得到較長的DNA片段，如利用甲酰胺火棉膠袋法，可以得到200kb 以上的DNA片段。一般來說，構建基因組文庫，初始DNA長度必須在100kb 以上，否則酶切後很少有帶合適末端的有效片段。而進行RFLP 和PCR分析，DNA長度可短至50kb，在該長度以上，可保證酶切後產生RFLP 片段（20kb 以下），並保證含有PCR擴增所需要的片段（一般2kb 以下）。
不同生物（植物、動物和微生物）基因組DNA的提取方法有所不同；不同種類或同一種類的不同組織其細胞結構及所含的組分不同，分離方法也有差異。在提取某種特殊組織的DNA時必須參照相關文獻和經驗建立相應的提取方法，以獲得可用的DNA大分子。尤其是組織中的多糖和酚類物質對隨後的酶切、PCR等有較強的抑製作用，因此用富含這類物質的材料提取基因組DNA時，應考慮除去多糖和酚類物質。
質粒DNA的分離方法很多，其依據是利用分子大小不同、堿基組成的差異以及質粒DNA的超螺旋共價閉合環狀結構的特點來進行。目前常用的有堿變性抽提法、煮沸法、去汙劑（如SDS）裂解法、羥基磷酸灰石柱層析法、質粒DNA釋放法、酸酚法等。堿變性抽提法和煮沸法反應比較劇烈，均可破壞堿基配對，使宿主細胞的線性染色體DNA變性，而共價閉合環狀DNA由於拓撲纏繞，兩條鏈不會互相分離。當外界條件恢複正常時，質粒DNA的雙鏈又迅速恢複原狀，重新形成天然的超螺旋分子，而較大的線性染色體DNA則難以複性，這兩種方法適用於較小的質粒。去汙劑裂解法的條件則比較溫和，一般用來分離大質粒（ ＞ 15kb）。以上方法均有利弊，有的難以控製，有的得率不高，有的手續繁瑣，還有的純度不高，因此在製備質粒時，不但要考慮該質粒的特性，還要考慮提取的質粒DNA的用量與用途，最終選擇最佳的實驗方法。