所谓的DNA的一级结构，就是指4种核苷酸的链接及排列顺序，表示了该DNA分子的化学构成。

核苷酸相互连接形成长的多核苷酸链。两个核苷酸之间的连接通常是通过磷酸二酯键（phosphodiester bond），该键将一个核苷酸的磷酸基团与另一个核苷酸的脱氧核糖连接。由四种脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接而成的长链高分子多聚体为DNA分子的一级结构。DNA分子中第一个核苷酸的3'-羟基与第二个核苷酸的5'-磷酸基脱水形成3',5'-磷酸二酯键,第二个核苷酸的3'-羟基又与第三个核苷酸的磷酸基脱水形成3',5'-磷酸二酯键，依此类推，形成线性多聚体。DNA分子中第一个核苷酸的5'-磷酸与最末一个核苷酸的3'-羟基都未参与形成3',5'-磷酸二酯键，故分别称为5'-磷酸端(或5'-端)和3'羟基端(或3'-端)。

生物的绝大部分遗传信息储存于DNA序列中，核苷酸的不同排列顺序决定了生物的多样化。研究DNA的一级结构有助于了解DNA的生物学功能。