DNA och RNA är långa linjära polymerer, så kallade nukleinsyror, som bär information i en form som kan föras vidare från en generation till nästa. Dessa makromolekyler består av ett stort antal sammanlänkade nukleotider som var och en består av ett socker, en fosfat och en bas. Sockerarter som är sammanlänkade med fosfater bildar en gemensam ryggrad, medan baserna varierar mellan fyra olika typer. Genetisk information lagras i denna sekvens av baser längs en nukleinsyrakedja. Baserna har ytterligare en speciell egenskap: de bildar specifika par med varandra som stabiliseras genom vätebindningar. Basparen resulterar i bildandet av en dubbelhelix, en spiralformad struktur som består av två strängar. Dessa baspar utgör en mekanism för att kopiera den genetiska informationen i en befintlig nukleinsyrakedja för att bilda en ny kedja. Även om RNA troligen fungerade som genetiskt material mycket tidigt i evolutionens historia består generna i alla moderna celler och många virus av DNA. DNA replikeras med hjälp av DNA-polymerasenzymer. Dessa ytterst specifika enzymer kopierar sekvenser från nukleinsyramallar med en felprocent på mindre än 1 på 100 miljoner nukleotider.

Generna anger vilka typer av proteiner som cellerna tillverkar, men DNA är inte den direkta mallen för proteinsyntesen. Mallarna för proteinsyntesen är snarare RNA-molekyler (ribonukleinsyra). Särskilt en klass av RNA-molekyler som kallas mRNA (Messenger RNA) är de informationsbärande mellanleden i proteinsyntesen. Andra RNA-molekyler, t.ex. transfer-RNA (tRNA) och ribosomalt RNA (rRNA), ingår i proteinsyntesmaskineriet. Alla former av cellulärt RNA syntetiseras av RNA-polymeraser som tar instruktioner från DNA-mallar. Denna transkriptionsprocess följs av översättning, dvs. syntesen av proteiner enligt de instruktioner som ges av mRNA-mallarna. Flödet av genetisk information, eller genuttryck, i normala celler är således:

Detta informationsflöde är beroende av den genetiska koden, som definierar förhållandet mellan sekvensen av baser i DNA (eller dess mRNA-transkript) och sekvensen av aminosyror i ett protein. Koden är nästan densamma i alla organismer: en sekvens av tre baser, som kallas kodon, anger en aminosyra. Kodonerna i mRNA läses sekventiellt av tRNA-molekyler, som fungerar som adaptrar vid proteinsyntesen. Proteinsyntesen sker på ribosomer, som är komplexa sammansättningar av rRNA och mer än 50 typer av proteiner.

Det sista temat som ska behandlas är den avbrutna karaktären hos de flesta eukaryotiska generna, som är mosaiker av nukleinsyresekvenser som kallas introner och exoner. Båda transkriberas, men introner skärs ut ur nysyntetiserade RNA-molekyler och lämnar mogna RNA-molekyler med kontinuerliga exoner. Förekomsten av introner och exoner har avgörande betydelse för proteinernas utveckling.