Het gemeen hebben van genen verklaart de gelijkenis tussen een moeder en haar dochters.

DNA en RNA zijn lange lineaire polymeren, nucleïnezuren genaamd, die informatie dragen in een vorm die van de ene generatie op de volgende kan worden doorgegeven. Deze macromoleculen bestaan uit een groot aantal aan elkaar gekoppelde nucleotiden, die elk bestaan uit een suiker, een fosfaat en een base. De suikers, verbonden door fosfaten, vormen een gemeenschappelijke ruggengraat, terwijl de basen variëren in vier soorten. Genetische informatie wordt opgeslagen in deze opeenvolging van basen langs een nucleïnezuurketen. De basen hebben nog een bijzondere eigenschap: zij vormen specifieke paren met elkaar die worden gestabiliseerd door waterstofbruggen. De basenparen leiden tot de vorming van een dubbele helix, een spiraalvormige structuur bestaande uit twee strengen. Deze basenparen vormen een mechanisme voor het kopiëren van de genetische informatie in een bestaande nucleïnezuurketen om een nieuwe keten te vormen. Hoewel RNA waarschijnlijk al heel vroeg in de evolutionaire geschiedenis als genetisch materiaal fungeerde, zijn de genen van alle moderne cellen en veel virussen gemaakt van DNA. DNA wordt gerepliceerd door de werking van DNA-polymerase-enzymen. Deze uiterst specifieke enzymen kopiëren sequenties van nucleïnezuursjablonen met een foutmarge van minder dan 1 op 100 miljoen nucleotiden.

Genenen specificeren de soorten eiwitten die door cellen worden gemaakt, maar DNA is niet de directe sjabloon voor eiwitsynthese. De sjablonen voor de eiwitsynthese zijn eerder RNA(ribonucleïnezuur)-moleculen. Met name een klasse van RNA-moleculen, boodschapper-RNA (mRNA) genoemd, zijn de informatiedragende tussenproducten bij de eiwitsynthese. Andere RNA-moleculen, zoals transfer-RNA (tRNA) en ribosomaal RNA (rRNA), maken deel uit van de eiwitsynthesemachinerie. Alle vormen van cellulair RNA worden gesynthetiseerd door RNApolymerasen die instructies aannemen van DNA-sjablonen. Dit proces van transcriptie wordt gevolgd door translatie, de synthese van eiwitten volgens de instructies van mRNA-sjablonen. De stroom van genetische informatie, of genexpressie, in normale cellen is dus:

Deze informatiestroom is afhankelijk van de genetische code, die de relatie bepaalt tussen de volgorde van de basen in het DNA (of het mRNA-transcript daarvan) en de volgorde van de aminozuren in een eiwit. De code is bijna dezelfde in alle organismen: een opeenvolging van drie basen, een codon genoemd, specificeert een aminozuur. Codons in het mRNA worden sequentieel gelezen door tRNA-moleculen, die dienen als adaptors bij de eiwitsynthese. Eiwitsynthese vindt plaats op ribosomen, die complexe assemblages zijn van rRNAs en meer dan 50 soorten proteïnen.

Het laatste thema dat moet worden overwogen is het onderbroken karakter van de meeste eukaryotische genen, die mozaïeken zijn van nucleïnezuur-sequenties die introns en exons worden genoemd. Beide worden getranscribeerd, maar introns worden uit pas gesynthetiseerde RNA moleculen geknipt, waardoor rijpe RNA moleculen met ononderbroken exons overblijven. Het bestaan van introns en exons heeft cruciale implicaties voor de evolutie van eiwitten.