20世纪40年代，人们对DNA有了正确的认识。这是由两个著名的实验引发的。
一个是1944年美国细菌学家艾弗里及其同事进行的肺炎球菌实验。他们认识到，DNA就是遗传物质，而过去则认为蛋白质是遗传的基础。所以，有人以前称艾弗里的实验标志着DNA“黑暗时代”的结束和“分子遗传学”的开始。还有人称，艾弗里是分子遗传学的鼻祖。
另一个是菌体感染研究。当人们为艾弗里的实验而激烈争论时，赫尔希等人在考虑，能否将蛋白质和DNA完全分开，单独观察DNA的作用呢？关于噬菌体的研究证实，进入细菌细胞的噬菌体是核酸，进而说明，携带遗传信息的是核酸，而不是蛋白质。噬菌体的DNA不但包括噬菌体自我复制的信息，而且包括合成噬菌体蛋白质所需要的全部信息。此后，再也无人怀疑DNA是遗传物质了。赫尔希因此获得了1960年的诺贝尔医学和生理学奖。
值得提及的还有查可夫。在20世纪40年代，他首次利用一些先进的分析方法，完成了关于DNA的4种碱基量的测定工作。查可夫得到的规律对最终搞清楚DNA的结构具有重要的启发作用。
20世纪30年代末，学者们开始应用X光衍射技术来研究生物大分子的结构，形成了分子生物学中的结构学派。结构决定着功能，对结构了解得越精细，则从中推导出功能信息的可能性就越大，准确性就越高。这就是当时生物学中观念尚未十分明确但气氛却非常浓郁的还原论。
在蛋白质分子结构模型的基础上，学者们开始应用X光衍射法来研究DNA的分子结构，其中贡献卓著的当数威尔金斯和富兰克林。
威尔金斯于1915年出生于新西兰，他的父母是爱尔兰人，威尔金斯22岁时毕业于英国剑桥的圣约翰大学物理系，24岁在伯明翰大学获物理学博士学位。他自己曾追述说，在剑桥时，“我对固体的结构及其依赖于这种结构的特殊性质非常感兴趣。”20世纪40年代中期，当威尔金斯读到薛定谔的《生命是什么》一书时，非常兴奋，感受到控制生命过程的复杂分子结构的概念的强烈冲击，从此步入了生物学的殿堂。1950年，威尔金斯担任英国皇家学院生物物理学部的助理主任，并开始进行DNA分子的X光衍射研究。
第一幅DNA的X光衍射照片是由先驱者阿斯特伯里在1938年得到的，但这中间停顿了几十年。到威尔金斯小组重新研究这个问题时，已是20世纪50年代了。1950年，威尔金斯得到伯恩实验室作为礼物送来的一份纯净的DNA。这份DNA呈胶状，是一种黏性物质。当威尔金斯用玻棒点了一下，然后拿开玻棒时，他发现玻棒“带出一条细得几乎看不见的DNA纤维，就像蜘蛛丝一般”。这些纤维表明其内部分子具有有序的排列。威尔金斯和他的研究生戈斯林立即用X光衍射设备拍摄了DNA纤维产生的图样照片，他们得到的照片比阿斯特伯里的要精美得多。其中一个主要原因就是他们保持了DNA纤维的湿润状态，而阿斯特伯里研究的富兰克林和她的DNAX光衍射结果是干了的DNA薄膜。DNA的X光衍射照片中有明显的几组点组成了十字的一横，提示DNA的整个结构为螺旋形，但证据并不充分。要弄明白DNA究竟是什么样的螺旋，研究者们还有很长的路要走。
正在此时，富兰克林加入了研究组。富兰克林生于1920年，在剑桥大学获得物理化学学位。她是X光衍射技术的专家。富兰克林此时也进行DNA的X光衍射研究，并于1952年5月获得一张清晰的DNA的X光衍射照片。
威尔金斯和富兰克林为沃森和克里克提出DNA分子双螺旋结构模型提供了宝贵的数据资料。沃森、克里克和威尔金斯于1962年荣获诺贝尔生理学医学奖。应该说，富兰克林在这方面的贡献完全不亚于威尔金斯。沃森和克里克提出DNA分子双螺旋结构模型所依据的其实是1952年5月富兰克林得到的DNA的X光衍射照片。事实上，富兰克林也接近得出DNA的双螺旋结构模型了。可惜她英年早逝，而未能获得诺贝尔奖，这是科学史上的一件憾事。
在X光衍射照片的基础上，综合DNA化学研究方面的资料，沃森和克里克，特别是沃森，有着更宽广的眼界，从各专家处汲取所需，而得到新的综合结果，而且这种综合结果比其各部分更伟大，这是那些不能聚木为林的专家们无法领悟到的。
1928年4月6日，沃森出生于美国芝加哥。16岁就在芝加哥大学毕业，获动物学理学士学位，在生物学方面开始显露才华。22岁时沃森来到英国剑桥大学的卡文迪许实验室，结识了早先已在这里工作的克里克，从此开始了两人传奇般的合作生涯。克里克于1916年6月8日生于英格兰的北安普敦，21岁在伦敦大学毕业。二战结束后，来到剑桥的卡文迪许实验室，克里克也是深受薛定谔的《生命是什么》一书的影响，从物理学转向研究生物学的。
沃森和克里克构建DNA分子结构模型的工作始于1951年秋。他们仿照鲍林构建蛋白质α螺旋模型的方法，根据结晶学的数据，用金属片按原子间键角与键长的比例搭配核苷酸。核苷酸是DNA的基本结构单位。核苷酸有A、T、G、C共4种。1950年，生物化学家查伽夫报道了他对人、猪、牛、羊、细菌和酵母等不同生物DNA进行分析的结果。查伽夫的结果表明，虽然在不同生物的DNA之间，4种核苷酸的数量和相对比例很不相同，但无论哪种物质的DNA中，都有A=T和G=C，这被称为DNA化学组成的“查伽夫法则”。1952年7月，查伽夫访问卡文迪许实验室时，向克里克详细解释了A∶T=G∶C=1∶1的法则。1952年春，克里克的朋友，理论化学家格里菲斯通过计算表明，DNA的4种核苷酸中，A必须与T成键，G必须与C成键。这与查伽夫法则完全一致，以上这些工作，就成了沃森和克里克DNA分子模型中A—T配对、G—C配对结构的基础。
1953年2月，威尔金斯将富兰克林1952年5月拍的一张非常精美的DNA的X光衍射照片拿给沃森和克里克看，克里克立即发现，DNA是双螺旋的，而且构成双螺旋的两条单链走向相反。至此，DNA骨架已经浮现。随后，鲍林以前的同事多诺告诉沃森，A-T和G-C配对是靠氢键维系的。克里克提出，与糖-磷酸骨架垂直的碱基只有朝向骨架中心，才能保持稳定的氢键联系。2月28日，沃森用纸板做成4种碱基的模型，将纸板粘到骨架上朝向中心配对，克里克马上指出，只有两条单链的走向相反才能使碱基完善配对，这正好与X光衍射资料一致。
完整的DNA分子结构模型完成于1953年3月7日，星期六。根据这个模型，DNA分子是一个双螺旋结构，每一个DNA复制螺旋单位包含10对碱基，长度为34埃（1埃=10-10米）。螺旋直径为20埃。4月15日，沃森和克里克关于该模型的第一篇论文在《自然》杂志上发表。同时在这期《自然》杂志上发表的有关论文还有：威尔金斯、斯托克和威尔逊合署的文章，介绍了X光衍射数据的总体证据支持DNA的双螺旋结构模型，以及富兰克林和戈斯林合署的文章，文中展示一幅重要的、精美的DNA的X光衍射照片，并确认了沃森-克里克模型的合理性。
DNA分子双螺旋结构模型的发现，是生物学史上的一座里程碑，它为DNA复制提供了构型上的解释，使人们对DNA作为基因的物质基础不再怀疑，并且奠定了分子遗传学的基础。DNA双螺旋模型在科学上的影响是深远的。2003年是DNA双螺旋模型发现50周年，科学界举行了隆重的纪念活动。
20世纪20年代至30年代，量子力学的发展很快，新的思想对遗传学的发展产生了重要影响，并且有一大批物理学家加入到遗传学的研究之中。同时，由于物理学家的介入，对遗传学的实验技术发展也产生了很大的推动作用，特别是X射线结晶技术。它不仅仅在研究蛋白质结构的工作中发挥了重要作用，而且在分析DNA结构的工作中也发挥了极其重要的作用。
关于DNA结构的研究，人们当时已经认识到，这是一场关于获取诺贝尔奖的竞争。在这场激烈的竞争中，摘取诺贝尔桂冠的是英国剑桥大学卡文迪许实验室的沃森和克里克，还有伦敦皇家学院的威尔金斯。然而，许多人的工作也是不可忽视的。
在沃森和克里克的工作中，他们采用了模型的方法来反映DNA的结构。其实在他们之前就有人采用此法。例如，20世纪初的著名科学家莱文和30年代至40年代的科学家就采用了模型的方法，但由于条件尚不成熟，在探索DNA结构的研究中未能获得成功。
在这场竞争中，除了沃森和克里克小组之外，还有两个著名的小组：鲍林小组和威尔金斯小组。