分子大小
核酸分子通常很大。實際上，DNA分子可能是已知的最大的單個生物分子。
但也有比較小的核酸分子。
核酸分子的大小范圍從21個核苷酸（小干擾RNA）到大染色體（人類染色體是一個含有2.47億個堿基對的單個分子 ）不等。
化學組成
核酸完全水解產生嘌呤和嘧啶等堿性物質、戊糖（核糖或脫氧核糖）和磷酸的混合物。核酸部分水解則產生核酸和核苷酸。每個核苷分子含一分子堿基和一分子戊糖，一分子核苷酸部分水解后除產生核苷外，還有一分子磷酸。
DNA和RNA含有的核糖同，DNA含有脫氧核糖，而RNA含有核糖。此外，DNA和RNA中含有的堿基也有差別：DNA和RNA都含有腺嘌呤，胞嘧啶和鳥嘌呤，但DNA中不含有尿嘧啶，只有胸腺嘧啶
核酸中的糖和磷酸鹽通過磷酸二酯鍵以交替鏈（糖 - 磷酸骨架）相互連接。磷酸基團所連接的碳是糖的3'-末端，與碳原子結合的碳是5'-末端，這就產生了核酸的方向性。核堿基通過N-糖苷鍵與糖連接。
在RNA和DNA中也發現了非標準核苷，它們通常來自DNA分子內的標準核苷或初始RNA轉錄物的修飾。轉移RNA（tRNA）分子含有特別多的修飾核苷。
分子組成
天然存在的DNA分子在大多數情況下是雙鏈的，而RNA分子是單鏈的 。然而，有許多例外。一些病毒具有由雙鏈RNA構成的基因組，而其他病毒具有單鏈DNA基因組，并且在某些情況下，可形成具有三個或四個鏈的核酸結構 。