DNA i RNA są długimi liniowymi polimerami, zwanymi kwasami nukleinowymi, które przenoszą informacje w formie, która może być przekazywana z pokolenia na pokolenie. Te makrocząsteczki składają się z dużej liczby połączonych nukleotydów, z których każdy składa się z cukru, fosforanu i zasady. Cukry połączone fosforanami tworzą wspólny szkielet, podczas gdy zasady występują w czterech rodzajach. Informacja genetyczna jest przechowywana w tych sekwencjach zasad wzdłuż łańcucha kwasu nukleinowego. Zasady mają jeszcze jedną szczególną właściwość: tworzą ze sobą specyficzne pary, które są stabilizowane przez wiązania wodorowe. Parowanie zasad skutkuje utworzeniem podwójnej helisy, struktury spiralnej składającej się z dwóch nici. Te pary zasad zapewniają mechanizm kopiowania informacji genetycznej w istniejącym łańcuchu kwasów nukleinowych w celu utworzenia nowego łańcucha. Chociaż RNA prawdopodobnie funkcjonowało jako materiał genetyczny bardzo wcześnie w historii ewolucji, geny wszystkich współczesnych komórek i wielu wirusów zbudowane są z DNA. DNA jest replikowany przez działanie polimerazy DNA. Te niezwykle specyficzne enzymy kopiować sekwencje z kwasów nukleinowychtemplates z wskaźnikiem błędu mniej niż 1 w 100 milionów nucleotides.

Geny określić rodzaje białek, które są wykonane przez komórki, ale DNA nie jest directtemplate do syntezy białek. Szablonami do syntezy białek są raczej cząsteczki RNA (kwas rybonukleinowy). W szczególności, klasa cząsteczek RNA zwana Messenger RNA (mRNA) jest pośrednim nośnikiem informacji w syntezie białek. Inne cząsteczki RNA, takie jak transferowy RNA (tRNA) i rybosomalny RNA (rRNA), są częścią maszynerii syntezy białek. Wszystkie formy komórkowego RNA są syntetyzowane przez polimerazy RNA, które pobierają instrukcje z szablonów DNA. Po procesie transkrypcji następuje translacja, czyli synteza białek zgodnie z instrukcjami zawartymi w szablonach mRNA. Tak więc przepływ informacji genetycznej, czyli ekspresja genów, w prawidłowych komórkach jest:

Ten przepływ informacji zależy od kodu genetycznego, który określa związek między sekwencją zasad w DNA (lub jego transkryptem mRNA) a sekwencją aminokwasów w białku. Kod ten jest prawie taki sam u wszystkich organizmów: sekwencja trzech zasad, zwana kodonem, określa aminokwas. Kodony w mRNA są odczytywane sekwencyjnie przez cząsteczki tRNA, które służą jako adaptory w syntezie białek. Synteza białek odbywa się na rybosomach, które są złożone assembliesof rRNA i ponad 50 rodzajów protein.

Ostatni temat do rozważenia jest przerywany charakter większości eukariotycznych genów, które są mozaiki sekwencji kwasów nukleinowych zwanych intronów i eksonów. Obie są transkrybowane, ale introny są wycinane z nowo syntetyzowanych cząsteczek RNA, pozostawiając dojrzałe cząsteczki RNA z ciągłymi eksonami. Istnienie intronów i eksonów ma kluczowe implikacje dla ewolucji białek.