Moleküler biyolojideki ilk gelişmeler, hızlı çoğalan ve kullanışlı bakteri (E. coli ) ve virüslerin incelenmeleriyle elde edilmiştir. İlerideki birçok çalışma, öncelikle prokaryotlarda, sonrasında ökaryotlara uyarlanarak sağlanmıştır.

Canlılarda kalıtım şekillerinin gözlenmesiyle, replikasyon yapabilme, bilgi depolama, bilgiyi ifade etme ve mutasyon taşıma kapistesindeki büyük bir materyalin varlığı ortaya çıkmıştır. Genetik materyalin DNA olduğunun ve yapısının anlaşılmasıyla günümüz moleküler biyolojisinin temelleri atılmıştır.

* Başlangıçta hem proteinler, hem de nükleik asitler, genetik materyal olma özelliği için aday olarak düşünülmüştür. Proteinler, nükleik asitlere göre daha fazla çeşitlilik gösterir; bu durum genetik materyalden beklenen bir davranıştır ve o dönemin protein kimyasındaki gelişmeler sayesinde genetik materyal olarak proteinlere ağırlık verilmiştir. Ayrıca, Levene'nin tetranükleotit hipotezi, nükleik asitlerdeki kimyasal çeşitliliğin boyutlarını dikkate almamıştır.

* 1952'lerde bakteriyofajlarla enfekte edilen bakterilerle yapılan aktarım çalışmaları, bakterilerde ve virüslerin çoğunda DNA'nın gerçek genetik materyal olduğunu açıkça göstermiştir.

* Başlangıçta ökaryotlarda DNA'nın kalıtımı yönlendirdiği kavramı dolaylı kanıtlarla desteklenmekteydi. Bunların arasında, DNA'nın hücrede dağılımı, DNA'nın nicel tayini ve UV ile uyarılmış mutasyon oluşturma çalışmaları vardır. Son zamanlarda rekombinant DNA teknikleri ve transgenik fare çalışmaları ile ökaryot materyalin DNA olduğu doğrudan kanıtlanmıştır.

* Genetik materyali RNA olan çeşitli virüsler bu genel kuralın dışında kalan önemli örneklerdir. Bunların arasında bazı bakteriyofajlar, bitki ve hayvan virüsleri ve retrovirüsler yer almaktadır.

* DNA'nın genetik materyal olarak kabul edilmesi, moleküler genetik araştımalarının yolunu açmış ve hemen hemen yarım yüzyıla yakın bir süredir yapılan önemli çalışmaların dönüm noktasını oluşturmuştur.

* 1940'ların sonunda ve 1950'lerin başında nükleik asitlerin kimyasal yapısı ile ilgili bilgi birikimi, DNA'nın moleküler yapısının modeline aktarılmaya çalışılmıştır. Franklin ve Wilkins'in verileri DNA'nın bir çeşit sarmal yapıda bulunduğuna işaret etmiştir. 1953'de Watson ve Crick, X-ışını kırınımı çalışmalarına ve Chargaff'ın DNA'nın baz komposizyonu analizlerine dayanarak, DNA'nın sarmal modelini ortaya koymuşlardır.

* DNA molekülü, iki antiparalel polinükleotit zinciri boyunca birbirinin tamamlayıcısı olarak adenin-timin ve guanin-sitozin baz eşlemesi gösterir. DNA'nın bu modeli replikasyon mekanizmasını da doğrudan açıklar. Sarmalın aldığı yapı, nükleotit dizisinin ve bulunduğu kimyasal ortamın bir fonksiyonudur. DNA'nın pekçok başka sarmal formları da bulunmaktadır. Watson ve Crick çeşitli sağ el sarmallarından biri olan B konfigürasyonundaki sarmalı tanımlamıştır. Wang ve Rich, son zamanlarda, ****olojik ve genetik açıdan önemi araştırılan sol el sarmallı Z-DNA'yı bulmuşlardır.

* Önemli genetik işlevi olan bir diğer nükleik asiit sınıfı RNA'dır. RNA çoğunlukla tek zincirli olması, deoksiriboz şekeri yerine riboz şekerini ve pirimidin olarak timin yerine urasil içermesi gibi farklılıkların dışında DNA'ya benzer. DNA'dan RNA'ya ve proteine bilgi aktarımında yer alan RNA tipleri, (ribozomal, taşıyıcı ve haberci RNA), pek çok genin son ürünleridir. DNA'nın yapısı, genetik sistemin işlevsel yönlerinin ortaya çıkaran çeşitli çalışmaların yapılmasına uygundur. UV ışığı absorbsiyonu, çökelme özellikleri, elektroforez yöntemleri, nükleik asit çalışmalarında önemli olan araçlardır. Tekrar birleşme kinetiği çalışmnaları sayesinde genetikçiler, ökaryotik genomda bazı nükleotitlerin dizlierinin birçok kez bulunduğunu ve tekrarlanan DNA dizilerinin varlığını ortaya koymuşlardır.