Dependiendo de la secuencia y de otras condiciones, los ácidos nucleicos pueden formar una variedad de motivos estructurales que se cree que tienen un significado biológico.

El emparejamiento de bases intramolecular en bucle de tallo es un patrón que puede ocurrir en el ADN de cadena simple o, más comúnmente, en el ARN. La estructura también se conoce como horquilla o bucle de horquilla. Se produce cuando dos regiones de la misma cadena, normalmente complementarias en la secuencia de nucleótidos cuando se leen en direcciones opuestas, se emparejan para formar una doble hélice que termina en un bucle no emparejado. La estructura resultante es un elemento clave de muchas estructuras secundarias del ARN. ADN cruciforme El ADN cruciforme es una forma de ADN no B que requiere al menos una secuencia de 6 nucleótidos de repeticiones invertidas para formar una estructura que consiste en un tallo, un punto de ramificación y un bucle en forma de cruciforme, estabilizado por el superenrollamiento negativo del ADN. Se han descrito dos clases de ADN cruciforme: plegado y desplegado. Cuadruplex G Las estructuras secundarias cuadruplex G (G4) se forman en los ácidos nucleicos por secuencias ricas en guanina. Tienen forma helicoidal y contienen tétradas de guanina que pueden formarse a partir de una, dos o cuatro hebras. Bucle D Un bucle de desplazamiento o bucle D es una estructura de ADN en la que las dos hebras de una molécula de ADN de doble cadena están separadas por un tramo y se mantienen separadas por una tercera hebra de ADN. Un bucle R es similar a un bucle D, pero en este caso la tercera hebra es ARN en lugar de ADN. La tercera hebra tiene una secuencia de bases que es complementaria a una de las hebras principales y se empareja con ella, desplazando así a la otra hebra principal complementaria en la región. Dentro de esa región, la estructura es, por tanto, una forma de ADN de triple cadena. Un diagrama en el documento que introduce el término ilustra el bucle D con una forma que se asemeja a una «D» mayúscula, donde la hebra desplazada forma el bucle de la «D».