Nukleové kyseliny vznikajú dehydratačnou kondenzáciou nukleotidov za aktívnej účasti enzýmov – polymeráz. Pri týchto reakciách sa medzi jednotlivými monomérmi vytvára fosfodiesterová väzba. Fosfodiesterová väzba sa vytvára medzi 5´-fosfátovou skupinou nukleotidu a 3´–OH skupinou nasledujúceho nukleotidu. Prostredníctvom – OH skupiny na prvom uhlíku každej pentózy sa nadväzujú jednotlivé purínové alebo pyrimidínové bázy. Zastúpenie nukleotidov a ich poradie v polynukleotidovom reťazci sa označuje ako primárna štruktúra.

Purínové a pyrimidínové bázy tvoria s pentózami nukleozidy. Cytozín, adenín a guanín sa vyskytuje v obidvoch typoch nukleových kyselín, tymín len v DNA a uracil len v RNA. Dusíkaté bázy sa v nukleotidoch viažu s pentózou glykozidickou väzbou, kým kyselina fosforečná sa viaže na pentózu esterovou väzbou a determinuje kyslý charakter nukleových kyselín. Nukleové kyseliny sa líšia rôznym poradím báz v reťazci. Pri nukleových kyselinách existuje obrovský počet možných kombinácií v poradí nukleotidov, pretože tieto molekuly (najmä DNA) majú veľké rozmery — ich molekulová hmotnosť je až niekoľko miliónov.