Принцип комплементарності лежить в основі здатності молекули ДНК до самоподвоєння (реплікації). Послідовність нуклеотидів у новоствореному ланцюзі визначається їхньою послідовністю у ланцюзі первинної молекули ДНК, яка слугує формую (матрицею). В дочірніх молекулах ДНК один ланцюг успадковується від материнської молекули, а другий – синтезується заново, вони є точною копією материнської ДНК.
За певних умов (дія кислот, нагрівання) відбувається процес денатурації ДНК – розрив водневих зв’язків між комплементарними азотистими основами. При цьому двоспіральна ДНК повністю або частково розпадається на окремі ланцюги і втрачає біологічну активність. Денатурована ДНК після припинення дії вказаних чинників може відновити двоспіральну будову завдяки встановленню водневих зв’язків між комплементарними нуклеотидами ( процес ренатурації ДНК).
Лінійна ДНК має форму видовженої, компактно скрученої молекули. Дволанцюгова спіраль ДНК зазнає подальшого просторового ущільнення, формуючи третинну структуру – суперспіраль. Така будова характерна для ДНК хромосом еукаріот і зумовлена взаємодією між ДНК і ядерними білками. У більшості прокаріот, деяких вірусів, а також у мітохондріях і хлоропластах еукаріот ДНК не сполучається з білками і має кільцеву структуру.