變性
在一定理化因素作用下，核酸雙螺旋等空間結構中堿基之間的氫鍵斷裂，變成單鏈的現象稱為變性（denaturation）。
引起核酸變性的常見理化因素有加熱、酸、堿、尿素和甲酰胺等。在變性過程中，核酸的空間構象被破壞，理化性質發生改變。由于雙螺旋分子內部的堿基暴露，其A260值會大大增加。A260值的增加與解鏈程度有一定比例關系，這種關系稱為增色效應（hyperchromic effect）。如果緩慢加熱DNA溶液，并在不同溫度測定其A260值，可得到“S”形DNA熔化曲線（melting curve）。從DNA熔化曲線可見DNA變性作用是在一個相當窄的溫度內完成的。
當A260值開始上升前DNA是雙螺旋結構，在上升區域分子中的部分堿基對開始斷裂，其數值隨溫度的升高而增加，在上部平坦的初始部分尚有少量堿基對使兩條鏈還結合在一起，這種狀態一直維持到臨界溫度，此時DNA分子最后一個堿基對斷開，兩條互補鏈徹底分離。通常把加熱變性時DNA溶液A260升高達到最大值一半時的溫度稱為該DNA的熔解溫度（melting temperature Tm），Tm是研究核酸變性很有用的參數。Tm一般在85～95℃之間，Tm值與DNA分子中G C含量成正比。
復性
變性DNA在適當條件下，可使兩條分開的單鏈重新形成雙螺旋DNA的過程稱為復性（renaturation）。當熱變性的DNA經緩慢冷卻后復性稱為退火（annealing）。DNA復性是非常復雜的過程，影響DNA復性速度的因素很多：DNA濃度高，復性快；DNA分子大復性慢；高溫會使DNA變性，而溫度過低可使誤配對不能分離等等。最佳的復性溫度為Tm減去25℃，一般在60℃左右。離子強度一般在0.4mol/L以上。
雜交
具有互補序列的不同來源的單鏈核酸分子，按堿基配對原則結合在一起稱為核酸雜交（hybridization）。雜交可發生在DNA-DNA、RNA-RNA和DNA-RNA之間。雜交是分子生物學研究中常用的技術之一，利用它可以分析基因組織的結構，定位和基因表達等，常用的雜交方法有Southern印跡法，Northern印跡法和原位雜交等。