Afhængigt af sekvensen og andre forhold kan nukleinsyrer danne en række strukturelle motiver, som menes at have biologisk betydning.

Stem-loop Stem-loop intramolekylær baseparring er et mønster, som kan forekomme i enkeltstrenget DNA eller, mere almindeligt, i RNA. Strukturen er også kendt som en hårnål eller en hårnålsløjfe. Den opstår, når to områder af den samme streng, der normalt er komplementære i nukleotidsekvens, når de læses i modsatte retninger, baseparres for at danne en dobbeltspiral, der ender i en uparret løkke. Den resulterende struktur er en vigtig byggesten i mange sekundære strukturer af RNA. Cruciform DNA Cruciform DNA er en form for ikke-B-DNA, som kræver mindst 6 nukleotidsekvenser af inverterede gentagelser for at danne en struktur bestående af en stamme, et forgreningssted og en løkke i form af en korsform, der stabiliseres af negativ DNA-supercoiling. Der er beskrevet to klasser af korsformet DNA: foldet og udfoldet. G-kvadruplex G-kvadruplex sekundære strukturer (G4) dannes i nukleinsyrer af sekvenser, der er rige på guanin. De er spiralformede og indeholder guanin-tetrader, der kan dannes af en, to eller fire strenge. D-loop En forskydningsloop eller D-loop er en DNA-struktur, hvor de to strenge af et dobbeltstrenget DNA-molekyle er adskilt på en strækning og holdes adskilt af en tredje DNA-streng. En R-loop svarer til en D-loop, men i dette tilfælde er den tredje streng RNA i stedet for DNA. Den tredje streng har en basesekvens, som er komplementær til en af hovedstrengene og danner par med denne, hvorved den anden komplementære hovedstreng fortrænges i området. Inden for dette område er strukturen således en form for trestrenget DNA. Et diagram i den artikel, der introducerede begrebet, illustrerede D-loop’en med en form, der ligner et stort “D”, hvor den forskudte streng dannede “D’ets” løkke.