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DNA的发现历程跨越了近一个世纪。1869年，瑞士生物学家米歇尔首次从白细胞核中分离出一种富含磷的物质，称为核素，这就是DNA的最初发现。1944年，艾弗里通过肺炎球菌转化实验证明DNA是遗传物质。1950年，查哥夫发现了著名的查哥夫定律，即DNA中腺嘌呤等于胸腺嘧啶，鸟嘌呤等于胞嘧啶。1951年，富兰克林拍摄的X射线衍射照片为DNA结构提供了关键证据。最终在1953年，沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构模型，开启了分子生物学的新时代。
DNA的化学组成包括三个基本成分。首先是磷酸基团，它带负电荷，位于DNA分子的外侧骨架上。其次是五碳糖，即脱氧核糖，它与磷酸基团交替连接形成DNA的糖磷酸骨架。第三是四种含氮碱基：腺嘌呤A、胸腺嘧啶T、鸟嘌呤G和胞嘧啶C。这些碱基通过糖苷键与脱氧核糖相连。查哥夫通过化学分析发现，在任何生物的DNA中，腺嘌呤的含量总是等于胸腺嘧啶，鸟嘌呤的含量总是等于胞嘧啶，这就是著名的查哥夫定律，为后来DNA双螺旋结构的发现提供了重要线索。
DNA双螺旋结构是生物学史上最重要的发现之一。这个结构由两条反向平行的多核苷酸链组成，它们围绕共同的轴心呈右手螺旋缠绕。螺旋的直径约为2纳米，每完整一圈的螺距为3.4纳米，包含10个碱基对。两条链的方向相反，一条是5'到3'方向，另一条是3'到5'方向。碱基通过氢键配对连接，腺嘌呤与胸腺嘧啶形成两个氢键，鸟嘌呤与胞嘧啶形成三个氢键。螺旋结构形成了大沟和小沟，为蛋白质与DNA的相互作用提供了结合位点。这种精巧的结构不仅保证了遗传信息的稳定储存，也为DNA的复制和转录提供了结构基础。
DNA复制是一个精密而复杂的生物化学过程。首先，解旋酶打开DNA双螺旋结构，形成复制叉。由于DNA聚合酶只能在3'到5'方向合成新链，两条模板链的复制方式不同。前导链可以连续合成，而滞后链必须以不连续的方式合成，形成多个短片段，称为冈崎片段。引物酶首先合成RNA引物，为DNA聚合酶提供起始点。DNA聚合酶沿着模板链合成新的DNA链，严格遵循碱基配对原则。最后，连接酶将冈崎片段连接起来，形成完整的新链。整个过程确保了遗传信息的准确传递，体现了半保留复制的特点，即每个新DNA分子都包含一条原有链和一条新合成链。
DNA的功能体现了其作为遗传物质的核心地位。首先，DNA储存遗传信息，通过特定的碱基序列编码生物的所有遗传性状，遗传密码以三个碱基为一组，称为密码子，每个密码子对应一个氨基酸或终止信号。其次，DNA通过精确的复制过程传递遗传信息，确保遗传信息在细胞分裂和生殖过程中的准确传递。第三，DNA控制蛋白质合成，这是基因表达的核心过程。转录过程中，DNA的遗传信息转录到信使RNA上；翻译过程中，信使RNA在核糖体上指导蛋白质的合成。此外，细胞还具有完善的DNA修复机制，能够识别和修复DNA损伤，维持遗传信息的稳定性。这些功能的协调作用，使DNA成为生命活动的根本控制者，体现了结构决定功能的生物学基本原理。