Sekvenssistä ja muista olosuhteista riippuen nukleiinihapot voivat muodostaa erilaisia rakenteellisia motiiveja, joilla ajatellaan olevan biologista merkitystä.

Stem-loop Stem-loop intramolekulaarinen emäspariutuminen on kuvio, joka voi esiintyä yksijuosteisessa DNA:ssa tai yleisemmin RNA:ssa. Rakenne tunnetaan myös nimellä hiusneula tai hiusneulasilmukka. Se syntyy, kun kaksi saman säikeen aluetta, jotka yleensä ovat nukleotidisekvenssiltään komplementaarisia vastakkaisiin suuntiin luettuina, muodostavat emäsparin muodostaen kaksoiskierteen, joka päättyy parittomaan silmukkaan. Tuloksena syntyvä rakenne on monien RNA:n sekundäärirakenteiden keskeinen rakenneosa. Ristinmuotoinen DNA Ristinmuotoinen DNA on muun kuin B-DNA:n muoto, joka vaatii vähintään 6 nukleotidin sekvenssin käänteisiä toistoja muodostaakseen rakenteen, joka koostuu varresta, haarautumispisteestä ja silmukasta ristinmuotoisessa muodossa ja jota vakauttaa negatiivinen DNA:n superkäämitys. On kuvattu kaksi ristinmuotoisen DNA:n luokkaa: taittunut ja taittumaton. G-kvadruplex G-kvadruplex-sekundäärirakenteet (G4) muodostuvat nukleiinihapoissa sekvensseistä, joissa on runsaasti guaniinia. Ne ovat muodoltaan kierteisiä ja sisältävät guaniinitetradeja, jotka voivat muodostua yhdestä, kahdesta tai neljästä säikeestä. D-silmukka Siirtymissilmukka eli D-silmukka on DNA-rakenne, jossa kaksisäikeisen DNA-molekyylin kaksi säiettä on erotettu toisistaan venytyksen verran ja jota kolmas DNA-säie pitää erillään. R-silmukka on samanlainen kuin D-silmukka, mutta tässä tapauksessa kolmas säie on RNA eikä DNA. Kolmannella säikeellä on emäsjakso, joka on komplementaarinen yhdelle pääsäikeistä, ja se parittuu sen kanssa, jolloin toinen komplementaarinen pääsäie syrjäytyy alueelta. Kyseisellä alueella rakenne on siis eräänlainen kolmijohtiminen DNA. Termiä esittelevässä artikkelissa esitetyssä kaaviossa D-silmukan muoto muistutti isoa D-kirjainta, jossa syrjäytynyt säie muodosti D-kirjaimen silmukan.