DNA e RNA são polímeros lineares longos, chamados ácidos nucléicos, que carregam informação na forma que pode ser passada de uma geração para a próxima. Estas macromoléculas consistem de um grande número de nucleotídeos ligados, cada um composto de um açúcar, um afosfato, e uma base. Os açúcares ligados por fosfatos formam uma espinha dorsal comum, onde as bases variam entre quatro tipos. A informação genética é armazenada nesta sequência de bases ao longo de uma cadeia de ácido nucleico. As bases têm propriedades especiais adicionais: formam pares específicos entre si que se arestabilizam por ligações de hidrogênio. O emparelhamento das bases resulta na formação de uma dupla hélice, uma estrutura helicoidal constituída por duas cordas. Estes pares de bases fornecem um mecanismo de cópia da informação genética numa cadeia de nucleicoácidos existente para formar uma nova cadeia. Embora o RNA provavelmente tenha funcionado como material genético muito cedo na história evolutiva, os genes de todas as células modernas e muitos vírus são feitos de DNA. O ADN é replicado pela acção das polimeraseenzimas do ADN. Estas enzimas requintadamente específicas copiam sequências de ácidos nucleicos com uma taxa de erro inferior a 1 em 100 milhões de nucleotídeos.

Genes especificam os tipos de proteínas que são feitas pelas células, mas o DNA não é o modelo directo para a síntese de proteínas. Em vez disso, os modelos para a síntese de proteínas são moléculas de RNA (ácido ribonucleico). Em particular, uma classe de moléculas de RNA chamado RNA (mRNA) são os intermediários de informação para a síntese protéica. Outras moléculas de RNA, como RNA(tRNA) de transferência e RNA ribossomal (rRNA), são parte da maquinaria da proteína-sintetizadora. Todas as formas de RNA celular são sintetizadas por RNApolimerases que tomam instruções de modelos de DNA. Este processo de transcrição é seguido de tradução, síntese de proteínas de acordo com as instruções dadas pelos gabaritos de mRNA. Assim, o fluxo de informação genética, ou expressão gênica, em células normais:

Este fluxo de informação é dependente do código genético, que define a relação entre a seqüência de bases no DNA (ou sua transcrição do mRNA) e a seqüência de aminoácidos em uma proteína. O código é quase o mesmo em todos os organismos: uma sequência de três bases, chamada códon, especifica um aminoácido. Os códons no mRNA são lidos sequencialmente por moléculas de tRNA, que servem como adaptadores na síntese de proteínas. A síntese de proteínas ocorre em ribossomos, que são conjuntos complexos de rRNAs e mais de 50 tipos de proteínas.

O último tema a ser considerado é o caráter interrompido da maioria dos eucariógenos, que são mosaicos de seqüências de ácidos nucléicos chamados de introns e exons. Ambos são transcritos, mas os introns são cortados de moléculas de RNA recém-sintetizadas, deixando moléculas maduras de RNA com exons contínuos. A existência de introns e exons tem implicações cruciais para a evolução das proteínas.