DNA超螺旋是指特定DNA鏈中的扭曲量，它決定了其上的應變量。 給定的鏈可能是正超螺旋或負超螺旋（或多或少緊密纏繞）。 一條鏈的超螺旋量會影響許多生物過程，例如壓縮 DNA 和調節對遺傳密碼的訪問（這會強烈影響 DNA 代謝和可能的基因表達）。 某些酶，如拓撲異構酶，會改變 DNA 超旋的數量，以促進 DNA 復制和轉錄等功能。 給定鏈中的超螺旋量由數學公式描述，該公式將其與稱為松弛 B 型 DNA 的參考狀態進行比較。

在 B-DNA 的松弛雙螺旋片段中，兩條鏈每 10.4–10.5 個堿基對序列圍繞螺旋軸扭轉一次。 像某些酶一樣，增加或減少扭曲會施加壓力。 如果一個 DNA 片段在扭曲應變下通過連接其兩端而閉合成一個圓圈，然后允許其自由移動，它就會呈現出不同的形狀，例如數字 8。 這種形狀被稱為超螺旋。 （在描述 DNA 拓撲結構時經常使用名詞形式超螺旋。）

大多數生物體的 DNA 通常是負超螺旋的。 當它被復制或轉錄時，它會暫時變成正超螺旋。 如果不及時放松，這些過程將被抑制（調節）。 最簡單的超螺旋形狀是數字 8； 環狀 DNA 鏈呈現這種形狀以適應或多或少的螺旋扭曲。 數字 8 的兩個葉瓣將相對于彼此順時針或逆時針旋轉，具體取決于螺旋線是過度纏繞還是纏繞不足。 對于每個額外的螺旋扭曲，葉片將顯示圍繞其軸的更多旋轉。

環狀 DNA 的局部扭曲，例如上面八字形葉的旋轉，被稱為扭動。 上面的例子說明了扭曲和扭動是可以相互轉換的。 超螺旋可以用扭曲和扭動的總和在數學上表示。 扭曲是 DNA 中的螺旋圈數，而扭曲是雙螺旋自身交叉的次數（這些是超螺旋）。 額外的螺旋扭曲是正的并導致正超螺旋，而減法扭曲導致負超螺旋。 許多拓撲異構酶感知超螺旋，并在它們改變 DNA 拓撲結構時產生或消散它。

部分原因是染色體可能非常大，中間的片段可能就像它們的末端被錨定一樣。 因此，它們可能無法將多余的扭曲分配給染色體的其余部分，或者無法吸收扭曲以從卷繞中恢復——換句話說，這些片段可能會變成超螺旋。 作為對超螺旋的響應，它們會發生一定程度的扭動，就好像它們的末端是連在一起的一樣。

超螺旋 DNA 形成兩種結構； 一個 plectoneme 或一個環形線圈，或兩者的組合。 一個負超螺旋的 DNA 分子將產生一個單起點左手螺旋，環形，或一個帶有末端環的雙起點右手螺旋，即 plectoneme。 Plectonemes 通常在自然界中更常見，這是大多數細菌質粒的形狀。 對于較大的分子，通常會形成混合結構——環形上的一個環可以延伸到一個 plectoneme 中。 如果環形上的所有環都延伸，那么它就成為 pleconemic 結構中的一個分支點。 DNA 超旋對于所有細胞內的 DNA 包裝都很重要，并且似乎也在基因表達中發揮作用。

基于嵌入分子的特性，即在與 DNA 結合和 DNA 堿基對解旋時發出熒光，2016 年，引入了一種單分子技術來直接可視化沿著超螺旋 DNA 的單個 plectonemes，這將進一步研究相互作用 具有超螺旋 DNA 的 DNA 加工蛋白質。 在該研究中，Sytox Orange（一種嵌入染料）被用于誘導表面拴系 DNA 分子的超螺旋。

使用該測定，發現 DNA 序列編碼了 plectonemic 超螺旋的位置。 此外，發現 DNA 超螺旋在原核生物的轉錄起始位點富集。

DNA超旋對于所有細胞內的DNA包裝都很重要。 由于 DNA 的長度可能是細胞的數千倍，因此將這種遺傳物質包裝到細胞或細胞核（在真核生物中）是一項艱巨的任務。 DNA 的超螺旋減少了空間并允許 DNA 被包裝。 在原核生物中，由于環狀染色體和相對少量的遺傳物質，多核超螺旋占主導地位。 在真核生物中，DNA 超螺旋存在于多個水平的全基因超螺旋和螺線管超螺旋中，螺線管超螺旋被證明在比較中最有效。