DNA a RNA jsou dlouhé lineární polymery, nazývané nukleové kyseliny, které nesou informaci ve formě, kterou lze předávat z jedné generace na druhou. Tyto makromolekulyse skládají z velkého počtu spojených nukleotidů, z nichž každý se skládá z cukru, fosfátu a báze. Cukry spojené fosfáty tvoří společnou páteř, kdežto báze se liší čtyřmi druhy. Genetická informace je uložena v těchtořetězcích bází podél řetězce nukleové kyseliny. Báze mají ještě jednu zvláštní vlastnost: tvoří mezi sebou specifické páry, které jsou stabilizovány vodíkovými vazbami. Párování bází vede k vytvoření dvojité šroubovice, šroubovicové struktury sestávající ze dvou vláken. Tyto páry bázíposkytují mechanismus pro kopírování genetické informace ve stávajícím řetězci nukleových kyselin za účelem vytvoření nového řetězce. Ačkoli RNA pravděpodobně fungovala jako genetický materiál velmi brzy v evoluční historii, geny všech moderních buněk a mnoha virů jsou tvořeny DNA. DNA se replikuje působením enzymů DNA polymerázy. Tyto mimořádně specifické enzymy kopírují sekvence ze šablon nukleových kyselin s chybovostí menší než 1 ze 100 milionů nukleotidů.

Geny určují druhy proteinů, které buňky vytvářejí, ale DNA není přímou předlohou pro syntézu proteinů. Šablonami pro syntézu bílkovin jsou spíše molekuly RNA(ribonukleové kyseliny). Zejména třída molekul RNA nazývaná poselská RNA (mRNA) je meziproduktem nesoucím informaci při syntéze bílkovin. Další molekuly RNA, jako je transferová RNA (tRNA) a ribozomální RNA (rRNA), jsou součástí mechanismu syntézy bílkovin. Všechny formy buněčné RNA jsou syntetizovány RNApolymerázami, které přijímají instrukce z předloh DNA. Po tomto procesu transkripce následuje translace, syntéza proteinů podle instrukcí daných předlohami mRNA. Tok genetické informace neboli genová exprese v normálních buňkách je tedy:

Tento tok informace je závislý na genetickém kódu, který definuje vztah mezi sekvencí bází v DNA (nebo jejím přepisu mRNA) a sekvencíaminokyselin v bílkovině. Kód je téměř stejný u všech organismů: sekvence tří bází, nazývaná kodon, určuje aminokyselinu. Kodony vmRNA jsou postupně čteny molekulami tRNA, které slouží jako adaptéry při syntéze bílkovin. Syntéza bílkovin probíhá na ribozomech, což jsou složité sestavy rRNA a více než 50 druhů bílkovin.

Posledním tématem, které je třeba zvážit, je přerušovaný charakter většiny eukaryotických genů, které jsou mozaikou sekvencí nukleových kyselin zvaných intronya exony. Obě jsou transkribovány, ale introny jsou z nově syntetizovaných molekul RNA vystřiženy a zanechávají zralé molekuly RNA se souvislými exony. Existence intronů a exonů má zásadní důsledky pro evoluci proteinů.

.