堿基對 (bp) 是雙鏈核酸的基本單位，由兩個通過氫鍵相互結合的核堿基組成。 它們構成 DNA 雙螺旋結構的基石，并有助于 DNA 和 RNA 的折疊結構。

根據特定的氫鍵模式，Watson-Crick（或 Watson-Crick-Franklin）堿基對（鳥嘌呤-胞嘧啶和腺嘌呤-胸腺嘧啶）允許 DNA 螺旋保持規則的螺旋結構，該結構微妙地依賴于其核苷酸序列。

這種基于配對結構的互補性提供了每條 DNA 鏈中編碼的遺傳信息的冗余副本。 DNA 雙螺旋提供的規則結構和數據冗余使 DNA 非常適合存儲遺傳信息，而 DNA 和傳入核苷酸之間的堿基配對提供了 DNA 聚合酶復制 DNA 和 RNA 聚合酶將 DNA 轉錄為 RNA 的機制。 許多 DNA 結合蛋白可以識別特定的堿基配對模式，從而識別基因的特定調控區域。

分子內堿基對可以出現在單鏈核酸中。 這在 RNA 分子（例如轉移 RNA）中尤為重要，其中 Watson-Crick 堿基對（鳥嘌呤-胞嘧啶和腺嘌呤-尿嘧啶）允許形成短雙鏈螺旋，以及各種非 Watson-Crick 相互作用 （例如，G–U 或 A–A）允許 RNA 折疊成范圍廣泛的特定三維結構。 此外，轉移 RNA (tRNA) 和信使 RNA (mRNA) 之間的堿基配對構成了分子識別事件的基礎，這些事件導致 mRNA 的核苷酸序列通過遺傳密碼被翻譯成蛋白質的氨基酸序列。

單個基因或生物體的整個基因組的大小通常以堿基對來衡量，因為 DNA 通常是雙鏈的。 因此，總堿基對的數量等于其中一條鏈中的核苷酸數量（端粒的非編碼單鏈區域除外）。 單倍體人類基因組（23 條染色體）估計長約 32 億個堿基，包含 20,000-25,000 個不同的蛋白質編碼基因。 千堿基 (kb) 是分子生物學中的計量單位，等于 1000 個堿基對的 DNA 或 RNA。 地球上的 DNA 堿基對總數估計為 5.0×1037，重量為 500 億噸。 相比之下，生物圈的總質量估計高達 4 TtC（萬億噸碳）。

氫鍵是構成上述堿基配對規則基礎的化學相互作用。 氫鍵供體和受體的適當幾何對應關系只允許正確的對穩定形成。 GC 含量高的 DNA 比 GC 含量低的 DNA 更穩定。 但是，與普遍的看法相反，氫鍵并不能顯著穩定 DNA； 穩定性主要是由于堆疊相互作用。

較大的核堿基，腺嘌呤和鳥嘌呤，是一類稱為嘌呤的雙環化學結構的成員； 較小的核堿基、胞嘧啶和胸腺嘧啶（以及尿嘧啶）是一類稱為嘧啶的單環化學結構的成員。 嘌呤僅與嘧啶互補：嘧啶-嘧啶配對在能量上是不利的，因為分子相距太遠而無法建立氫鍵； 嘌呤-嘌呤配對在能量上是不利的，因為分子太近，導致重疊排斥。 AT 或 GC 或 UA（在 RNA 中）的嘌呤-嘧啶堿基配對導致正確的雙鏈結構。 xxx的其他嘌呤-嘧啶配對是 AC 和 GT 和 UG（在 RNA 中）； 這些配對是不匹配的，因為氫供體和受體的模式不對應。 具有兩個氫鍵的 GU 配對確實經常出現在 RNA 中。

配對的 DNA 和 RNA 分子在室溫下相對穩定，但兩條核苷酸鏈會在熔點以上分離，熔點由分子長度、錯配程度（如果有）和 GC 含量決定。 較高的 GC 含量導致較高的熔化溫度； 因此，嗜熱棲熱菌等極端微生物的基因組特別富含 GC 也就不足為奇了。 相反，基因組中需要經常分離的區域——例如，經常轉錄基因的啟動子區域——GC 相對較差。 在設計用于 PCR 反應的引物時，還必須考慮 GC 含量和解鏈溫度。

以下 DNA 序列說明了配對雙鏈模式。 按照慣例，頂鏈是從 5'端寫到 3'端； 因此，底部鏈被寫為 3' 到 5'。