DNA作為遺傳物質可不是自封的，它具備了兩個必需的條件：一個是它能夠按照自己的“模樣”複製自己，以便在細胞分裂時或形成性細胞時把複製出來的“信息複本”傳給子代，保持物種的延續；其次，傳遞下去的“信息”在子代中還須能夠表達出來，以表現遺傳性狀。DNA是如何實現這些遺傳物質作用的，過去一直是個謎。直至1953年沃森和克裏克提出了有名的DNA分子雙螺旋結構模型以後，這個問題才得到解決。在這個模型中，DNA的結構好像是一個扭成麻花的螺旋形的梯子，兩側的扶手是由兩條多核苷酸鏈上的糖和磷酸組成的，堿基在內側，以氫鍵相連，猶如階梯，其中A與T，G與C一一對應。即一條鏈上某一位置指定堿基是A時，另一條鏈上對應位置上的堿基必然是T，就像一副澆鑄模子一樣，有了一個凹麵，就澆出一個凸麵的物體。這叫堿基一對一的對應關係，也叫堿基配對原則。
為什麼堿基配對有嚴格的規定？其原因是兩條鏈子間的空間是一定的，其距離為2納米。嘌呤和嘧啶的分子結構不同，嘌呤是雙雜環化合物，分子量大，體積大，猶如一個“大胖子”；嘧啶是單雜環化合物，分子量小，體積小，猶如一個“小瘦子”。因此，若兩條鏈上相對應的堿基都是嘌呤，那麼所占的空間太大，就像兩個“大胖子”同時擠在樓梯一處，擠不下；若兩條鏈子上相對應的堿基都是嘧啶，則相距太遠，不能形成氫鍵，就像兩個“小瘦子”同時呆在樓梯一處，太空了。所以必須A與T相連，其長度為2納米，G與C相連，長度也是2納米，堿基配對必須是由一個嘌呤與一個嘧啶組成。另外，A與T配對是通過兩個氫鍵相連，G與C是通過三個氫鍵相連，因此堿基配對隻能是A與T或G與C，不能是A與C或G與T。
因為在氫鍵位置上彼此不相適應，所以在DNA分子中堿基的比例總是（A+G）／（T+C）=1，即嘌呤堿的分子總數等於嘧啶堿的分子總數，這樣就互補配對形成為雙鏈。正是由於DNA具有這種獨特的結構，所以它便有了自我複製的本領。
那麼，DNA是如何複製的呢？首先DNA在解旋酶（一種特殊的蛋白質）的作用下，兩條螺旋鏈解開（叫解旋），成為兩套模板。於是根據堿基配對原則，在聚合酶的幫助下，一個個單獨的核苷酸紛紛進入相應的位置，形成兩條新鏈，再經新舊鏈的螺旋化，便由一個DNA分子複製出兩個完全一模一樣的DNA分子。當然，這個新的DNA分子，既非“父母”自己原來的，又非嶄新的，而是半新半舊的複製品。這種DNA的複製方式叫半保留複製。細胞分裂時，複製出的新DNA分子便分配到兩個細胞中去，這就是世上千差萬別的生物在傳種接代的家譜中，得以保持各自家族的相對“不變性”和“獨特性”的原因。
關於DNA的複製本領，現已通過人工合成DNA的實驗得到了完全的證實。1956年，美國科學家恩伯格用寄生在大腸杆菌上的一種噬菌體的DNA作為“模板”，用四種核苷酸作為原料，加入適當的能量（ATP），在大腸杆菌DNA聚合酶的作用下，竟然在試管中成功地合成了這種噬菌體的DNA。人工合成的這種DNA還有生物活性呢！如果用它侵染大腸杆菌，它就能在大腸杆菌體內繁殖，傳種接代。