端粒DNA，包括非特異性DNA和由高度重復序列組成的特異DNA序列，通常是由富含鳥嘌呤核苷酸（G）的短的串聯重復序列組成，伸展到染色體的3'端。人工合成四膜蟲端粒的重復DNA片段（TTGGGG）4端。人和小鼠的端粒DNA重序列為TTGGG，人類端粒的長度約為15Kb堿基。由于dsDNA存在末端復制問題，故細胞每分裂一次，約丟失一個崗崎片斷長度的DNA，即25-100對堿基。
端粒酶將自身RNA模板合成的DNA重復序列加在后隨鏈親鏈的3’端，然后再以延長了的親鏈為模板，由DNA聚合酶合成子鏈。但是由于復制機制的不完整性（或者這不完整性是進化保留的，由此機制來保證細胞的定期衰老和死亡。），端粒還是以一定的速度丟失。
端粒酶是一種核蛋白（RNP），主要由RNA和蛋白質組成。端粒酶是端粒復制所必須的一種特殊的DNA聚合酶。目前不少生物的端粒酶RNA已被克隆，但不同種屬之間的核苷酸序列差別很大。
四膜蟲的端粒酶RNA模式板長160-200個核苷酸，編碼1.5拷貝的端粒重復序列。其43-51位序列為CAACCCCAA，剛好編碼一個GGGGTT。
鼠同人的端粒酶RNA基因有65%的相同，模板為8-9個核苷酸序列，人的端粒酶RNA（hTR）由450個核苷酸組成。模板區為CUAACCCUAAC（5’-3’向 Shippen-Lentz（1990年）克隆了游仆蟲屬的端粒酶RNA序列，其中包括5’-CAAAACCCCAAA-3’模板序列。該模板亦與基端粒重復序列（TTTTGGGG）n以堿基互補方式合成RNA序列。
研究還認為，端粒酶RNA中的模板每次與1.5（TTTTGGGG）重復序列互補，然后通過模板的滑動，再進行下一次合成。