DNA作为遗传物质可不是自封的，它具备了两个必需的条件：一个是它能够按照自己的“模样”复制自己，以便在细胞分裂时或形成性细胞时把复制出来的“信息复本”传给子代，保持物种的延续；其次，传递下去的“信息”在子代中还须能够表达出来，以表现遗传性状。DNA是如何实现这些遗传物质作用的，过去一直是个谜。直至1953年沃森和克里克提出了有名的DNA分子双螺旋结构模型以后，这个问题才得到解决。在这个模型中，DNA的结构好像是一个扭成麻花的螺旋形的梯子，两侧的扶手是由两条多核苷酸链上的糖和磷酸组成的，碱基在内侧，以氢键相连，犹如阶梯，其中A与T，G与C一一对应。即一条链上某一位置指定碱基是A时，另一条链上对应位置上的碱基必然是T，就像一副浇铸模子一样，有了一个凹面，就浇出一个凸面的物体。这叫碱基一对一的对应关系，也叫碱基配对原则。
为什么碱基配对有严格的规定？其原因是两条链子间的空间是一定的，其距离为2纳米。嘌呤和嘧啶的分子结构不同，嘌呤是双杂环化合物，分子量大，体积大，犹如一个“大胖子”；嘧啶是单杂环化合物，分子量小，体积小，犹如一个“小瘦子”。因此，若两条链上相对应的碱基都是嘌呤，那么所占的空间太大，就像两个“大胖子”同时挤在楼梯一处，挤不下；若两条链子上相对应的碱基都是嘧啶，则相距太远，不能形成氢键，就像两个“小瘦子”同时呆在楼梯一处，太空了。所以必须A与T相连，其长度为2纳米，G与C相连，长度也是2纳米，碱基配对必须是由一个嘌呤与一个嘧啶组成。另外，A与T配对是通过两个氢键相连，G与C是通过三个氢键相连，因此碱基配对只能是A与T或G与C，不能是A与C或G与T。
因为在氢键位置上彼此不相适应，所以在DNA分子中碱基的比例总是（A+G）／（T+C）=1，即嘌呤碱的分子总数等于嘧啶碱的分子总数，这样就互补配对形成为双链。正是由于DNA具有这种独特的结构，所以它便有了自我复制的本领。
那么，DNA是如何复制的呢？首先DNA在解旋酶（一种特殊的蛋白质）的作用下，两条螺旋链解开（叫解旋），成为两套模板。于是根据碱基配对原则，在聚合酶的帮助下，一个个单独的核苷酸纷纷进入相应的位置，形成两条新链，再经新旧链的螺旋化，便由一个DNA分子复制出两个完全一模一样的DNA分子。当然，这个新的DNA分子，既非“父母”自己原来的，又非崭新的，而是半新半旧的复制品。这种DNA的复制方式叫半保留复制。细胞分裂时，复制出的新DNA分子便分配到两个细胞中去，这就是世上千差万别的生物在传种接代的家谱中，得以保持各自家族的相对“不变性”和“独特性”的原因。
关于DNA的复制本领，现已通过人工合成DNA的实验得到了完全的证实。1956年，美国科学家恩伯格用寄生在大肠杆菌上的一种噬菌体的DNA作为“模板”，用四种核苷酸作为原料，加入适当的能量（ATP），在大肠杆菌DNA聚合酶的作用下，竟然在试管中成功地合成了这种噬菌体的DNA。人工合成的这种DNA还有生物活性呢！如果用它侵染大肠杆菌，它就能在大肠杆菌体内繁殖，传种接代。