Nukleové kyseliny mohou v závislosti na sekvenci a dalších podmínkách vytvářet různé strukturní motivy, o nichž se předpokládá, že mají biologický význam.

Kmenová smyčka Kmenová smyčka intramolekulárního párování bází je vzor, který se může vyskytovat v jednořetězcové DNA nebo častěji v RNA. Tato struktura je také známá jako vlásenka nebo vlásenková smyčka. Vzniká, když se dvě oblasti téhož vlákna, obvykle komplementární v sekvenci nukleotidů při čtení v opačných směrech, spárují do dvojšroubovice, která končí nepárovou smyčkou. Výsledná struktura je klíčovým stavebním prvkem mnoha sekundárních struktur RNA. Křížová DNA Křížová DNA je forma non-B DNA, která vyžaduje nejméně 6 nukleotidovou sekvenci invertovaných repetic, aby vytvořila strukturu sestávající ze stonku, bodu větvení a smyčky ve tvaru kříže, stabilizovanou negativním supercoilingem DNA. Byly popsány dvě třídy křížové DNA: složená a rozložená. G-kvadruplex G-kvadruplexové sekundární struktury (G4) jsou v nukleových kyselinách tvořeny sekvencemi bohatými na guanin. Mají šroubovicový tvar a obsahují guaninové tetrády, které se mohou tvořit z jednoho, dvou nebo čtyř vláken. D-smyčka Vytěsňovací smyčka neboli D-smyčka je struktura DNA, kde jsou dvě vlákna dvouřetězcové molekuly DNA oddělena na určitý úsek a držena od sebe třetím vláknem DNA. Smyčka R je podobná smyčce D, ale v tomto případě je třetím vláknem spíše RNA než DNA. Třetí vlákno má sekvenci bází, která je komplementární k jednomu z hlavních vláken a páruje se s ním, čímž vytlačuje druhé komplementární hlavní vlákno v dané oblasti. V této oblasti je tedy struktura formou trojvláknové DNA. Schéma v článku zavádějícím tento termín znázorňovalo D-smyčku s tvarem připomínajícím velké „D“, kde vytěsněné vlákno tvoří smyčku „D“.