Материальным субстратом наследственности являются молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Молекулы ДНК способны к удвоению с большой точностью воспроизведения. Молекулы ДНК способны образовывать бесконечное разнообразие различных форм. ДНК представляет собой цепь нуклеотидов, в состав которых входят три компонента: фосфорный, углеводный и азотистое основание (аденин, гуанин, тимин или цитозин).
Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, соединенных через азотистые основания, и имеет комплементарное строение: связи между нитями образуются только в парах аденин-тимин (А-Т) и гуанин-цитозин (Г-Ц). Генетическая информация кодируется последовательностью оснований в цепи ДНК. Основной функцией гена является кодирование информации для синтеза специфического белка. Аминокислоты для синтеза белка кодируются триплетами оснований в цепи ДНК (генетический код).