科學家在認清 DNA 是生物細胞中的遺傳物質後，也知道 DNA 都收藏在細胞核內的染色體中，但究竟 DNA 的結構是如何，科學家一直未能弄清，因為 DNA 是分子層次的物質，極之細小，難以直接進行觀察。

在1940年代後期，科學家察卡夫發現 DNA 中的腺呤 (A) 和胸腺嘧啶 (T) 數量必定相同，而鳥嘌呤 (G) 和胞嘧啶 (C) 數量也是一樣。由此，察卡夫推斷出在 DNA 分子的結構中，A 必定與 T 配對，而 G 則與 C 配對。

1951 年，科學家法蘭克林和威爾金斯使用X 射線衍射法，研究 DNA 分子的形狀，在研究中他們發現 DNA 分子中有三個不斷重覆的距離 (0.34 nm、2.0nm 和 3.4 nm)，由此，他們推斷出 DNA 分子是呈螺旋狀的結構的。

到了1953年，科學家華生 (James Watson) 和克拉克 (Francis Crick) 提出了 DNA 的雙螺旋結構模型理論，世人才真正認識 DNA 分子的結構，他們也因此獲得1962 年的諾貝爾生理或醫學奬。