DNA og RNA er lange lineære polymerer, kaldet nukleinsyrer, der bærer information i en form, der kan videregives fra en generation til den næste. Disse makromolekyler består af et stort antal sammenkædede nukleotider, der hver især består af et sukkerstof, en fosfat og en base. Sukkerstoffer, der er forbundet med fosfater, udgør en fælles rygrad, mens baserne varierer mellem fire typer. Genetisk information er lagret i denne sekvens af baser langs en nukleinsyre-kæde. Baserne har yderligere en særlig egenskab: de danner specifikke par med hinanden, som er stabiliseret ved hjælp af hydrogenbindinger. Baseparringen resulterer i dannelsen af en dobbelthelix, en spiralformet struktur bestående af to strenge. Disse basepar giver en mekanisme til at kopiere den genetiske information i en eksisterende nukleinsyrkæde for at danne en ny kæde. Selv om RNA sandsynligvis fungerede som genetisk materiale meget tidligt i evolutionens historie, består generne i alle moderne celler og mange vira af DNA. DNA replikeres ved hjælp af DNA-polymeraseenzymer. Disse yderst specifikke enzymer kopierer sekvenser fra nukleinsyreskabeloner med en fejlprocent på mindre end 1 ud af 100 millioner nukleotider.

Generne angiver de typer proteiner, som cellerne laver, men DNA er ikke den direkte skabelon for proteinsyntese. Snarere er skabelonerne til proteinsyntese RNA(ribonukleinsyre)-molekyler. Især en klasse af RNA-molekyler, kaldetmessenger-RNA (mRNA), er de informationsbærende mellemprodukter i proteinsyntesen. Andre RNA-molekyler, såsom transfer-RNA (tRNA) og ribosomalt RNA (rRNA), er en del af proteinsyntesemaskineriet. Alle former for cellulært RNA syntetiseres af RNApolymeraser, der modtager instruktioner fra DNA-skabeloner. Denne transskriptionsproces efterfølges af translation, dvs. syntese af proteiner efter instruktioner fra mRNA-skabeloner. Således er strømmen af genetisk information, eller genekspression, i normale celler:

Denne informationsstrøm er afhængig af den genetiske kode, som definerer forholdet mellem sekvensen af baser i DNA (eller dets mRNA-transkript) og sekvensen af aminosyrer i et protein. Koden er næsten den samme i alle organismer: en sekvens af tre baser, kaldet et kodon, angiver en aminosyre. Codonerne i mRNA læses sekventielt af tRNA-molekyler, der fungerer som adaptorer i proteinsyntesen. Proteinsyntesen finder sted på ribosomer, som er komplekse samlinger af rRNA’er og mere end 50 slags proteiner.

Det sidste tema, der skal behandles, er den afbrudte karakter af de fleste eukaryote gener, som er mosaikker af nukleinsyresekvenser kaldet introner og exoner. Begge transskriberes, men introner skæres ud af nysyntetiserede RNA-molekyler og efterlader modne RNA-molekyler med sammenhængende exoner. Eksistensen af introner og exoner har afgørende betydning for udviklingen af proteiner.