嘌呤核苷酸主要由一些簡單的化合物合成而來，這些前身物有天門冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、CO2及一碳單位（甲酰基及次甲基，由四氫葉酸攜帶）等。它們通過11步酶促反應先合成次黃嘌呤核苷酸（肌苷酸）。隨后，肌苷酸又在不同部位氨基化而轉變生成腺苷酸及鳥苷酸。合成途徑的第一步是5-磷酸核糖在酶催化下，活化生成5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP），嘌呤核苷酸的從頭合成主要是在肝臟中進行，其次是在小腸粘膜及胸腺中進行。
嘌呤核苷酸降解可產生嘌呤堿，嘌呤堿最終分解為尿酸，其中部分分解產物可被重新利用再合成嘌呤核苷酸，這稱為回收合成代謝途徑，可在骨髓及脾臟等組織中進行。嘌呤核苷酸降解產生的腺嘌呤、鳥嘌呤及次黃嘌呤在磷酸核糖轉移酶的催化下，接受5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）分子中的磷酸核糖，生成相應的嘌呤核苷酸。此合成途徑也具有一定意義。
嘧啶核苷酸的從頭合成主要也在肝臟中進行。合成原料為氨基甲酰磷酸及天門冬氨酸等。氨基甲酰磷酸及天門冬氨酸經過數步酶促反應生成尿苷酸，尿苷酸轉變為三磷酸尿苷后，從谷氨酰胺接受氨基生成三磷酸胞苷。
上述體內合成的嘌呤及嘧啶核苷酸均系一磷酸核苷。它們均可在磷酸激酶的催化下，接受 ATP提供的磷酸基，進一步轉變為二磷酸核苷及三磷酸核苷。
體內還有一類脫氧核糖核苷酸。它們是dAMP、dGMP、dCMP及dTMP。它們組成中的脫氧核糖并非先生成而后組合到核苷酸分子中去，而是通過業已合成的核糖核苷酸的還原作用而生成的。此還原作用發生于二磷酸核苷分子水平上，dADP、dGDP、dCDP及dUDP均可由此而來，但dTMP則不同，它是由dUMP經甲基化作用而生成的。