遺伝子が染色体上に存在し、染色体はタンパク質とDNAの両方で構成されることは知られていた が、科学者たちは、いずれの方が遺伝的形質に関与しているのか把握していなかった。1928年FrederickGriffithは、形質転換の現象を発見した(グリフィスの実験を参照)。
死滅した細菌は遺伝物質を伝達し、現存している他の細菌を「形質転換させる」ことができる。その16年後にあたる1944年、Oswald Theodore Avery、Colin McLeod、およびMaclyn McCartyは、形質転換の原因となる分子がDNAであることを同定した。また、1952年 に行われたハ－シェイ・チェイスの実験は、DNA(タンパク質ではなく)が、遺伝的形質の原 因となる分子であったという追加証拠を提供しながら、細菌を伝染させるウイルスの遺伝物質であることを示した。
James D. WatsonとFrancis Crickは、DNAには、らせん構造（すなわち、栓抜きのような形）を有していることを示したRosalind FranklinのX 線結晶学の研究を利用して、1953年にDNAの構造を決定した。その二重らせんモデルは、内 部に向かうヌクレオチドを持つDNAの2つのストランドを有し、片方のストランド上にある相 補的ヌクレオチドはそれぞれ一致し、ねじれたはしごの上に段のようなものを形成している。こ の構造は、遺伝情報が各DNA鎖のヌクレオチド配列に存在することを示した。この構造はまた 、複製の簡単な方法をも示している。ストランドを切り離すと、新しいパートナーストランドが、古いストランドの配列に基づいてそれぞれ再建される。
DNAの構造は遺伝的形質がいかに機能しているかを明らかにしたが、DNAが細胞の動きにどの ように作用しているのかは未だ知られていなかった。その翌年、科学者たちは、DNAがタンパ ク質産生の過程をどのように制御しているかの理解に努め、細胞がDNAをテンプレートとして 使用して、一致するメッセンジャーRNA(DNAと酷似したヌクレオチドの分子)を創造して いることを発見した。メッセンジャーRNAのヌクレオチド配列は、タンパク質のアミノ酸配列 を作成するのに使用され、ヌクレオチドとアミノ酸配列間のこの翻訳は遺伝情報として知られている。
こうした遺伝的形質の分子的理解により、研究は飛躍的に進んだ。その1つの重要な開発が、1977年のFrederick Sangerによるチェーン終了のDNA配列である。この技術によって、科学者たちはDNA分子のヌクレオチド配列を読むことができる。Kary Banks Mullisは1983年、混合物からDNAの特定のセクションを隔離し増幅させる迅速な方法 を提供する、ポリメラーゼ連鎖反応を開発した。ヒトゲノム計画に関する共同努力と、セレラ・ ジェノミクス社による平行した非公開の取り組みとで、これらおよび他の技術は、2003年のヒトゲノムの配列として結実した。