在X光衍射照片的基礎上，綜合DNA化學研究方麵的資料，兩位科學家沃森和克裏克，特別是沃森，眼界更為寬廣，從各專家處汲取所需，而得到了新的結果。沃森被稱為“DNA之父”。
1928年4月6日，沃森出生於美國芝加哥。16歲就在芝加哥大學畢業，獲動物學理學士學位，在生物學方麵開始顯露才華。22歲時沃森來到英國劍橋大學的卡文迪什實驗室，結識了巳在這裏工作的克裏克，從此開始了兩人傳奇般的合作生涯。克裏克於1916年6月8日生於英格蘭的北安普敦，21歲在倫敦大學畢業。“二戰”結束後，來到劍橋的卡文迪什實驗室。
沃森和克裏克構建DNA分子結構模型的工作始於1951年秋。他們仿照泡林構建蛋白質a螺旋模型的方法，根據結晶學的數據，用金屬片按原子間鍵角與鍵長的比例搭配核苷酸。核苷酸(DNA中的核苷酸是脫氧核苷酸，為簡單起見，以下簡稱核苷酸）是DNA的基本結構單位。核苷酸有A、T、G、C共4種。
1950年，生物化學家查伽夫（E.Chargaff)報道了他對人、豬、牛、羊、細菌和酵母等不同生物DNA進行分析的結果。查伽夫的結果表明，雖然在不同生物的DNA之間，4種核苷酸的數量和相對比例很不相同，但無論哪種物質的DNA中，都有A=T和G=C，這被稱為DNA化學組成的“查伽夫法則”。1952年7月，查伽夫訪問卡文迪什實驗室時，向克裏克詳細解釋了A：T=G：C=1：1的法則。
1952年春，克裏克的朋友、理論化學家格裏菲斯（J.Griffith，他是發現肺炎球菌遺傳轉化現象的F.Griffith的侄子）通過計算表明，DNA的4種核苷酸中，A必須與T成鍵，G必須與C成鍵。
這與查伽夫法則完全一致，以上這些工作，就成了沃森和克裏克DNA分子模型中A-T配對、G-C配對結構的基礎。
1953年2月，威爾金斯將富蘭克林1952年5月拍的一張非常清晰的DNA的X光衍射照片給沃森和克裏克看，克裏克很快發現，DNA是雙螺旋的，而且構成雙螺旋的兩條單鏈走向相反。至此，DNA的骨架巳經浮現。隨後，泡林以前的同事多諾告訴沃森，A-T和G-C配對是靠氫鍵維係的。克裏克提出，與糖-磷酸骨架垂直的堿基隻有朝向骨架中心（而不是離開中心向外），才能保持穩定的氫鍵聯係。2月28日，沃森用紙板做成4種堿基的模型，將紙板粘到骨架上朝向中心配對，克裏克馬上指出，隻有兩條單鏈的走向相反才能使堿基完善配對，這正好與X光衍射資料一致。完整的DNA分子結構模型完成於1953年3月7日。根據這個模型，DNA分子是一個雙螺旋結構，每一個螺旋單位包含10對堿基，長度為34埃（1埃=10_m米）。螺旋直徑為20埃。4月15日，沃森和克裏克關於該模型的第一篇論文在《自然》雜誌上發表。
DNA分子雙螺旋結構模型的發現，是生物學史上的一座裏程碑，它為DNA複製提供了構型上的解釋，使人們對DNA作為基因的物質基礎不再懷疑，並且奠定了分子遺傳學的基礎。DNA雙螺旋模型在科學上的影響是深遠的。