Zależnie od sekwencji i innych warunków, kwasy nukleinowe mogą tworzyć różnorodne motywy strukturalne, o których sądzi się, że mają znaczenie biologiczne.

Pętla łodygi Wewnątrzcząsteczkowe parowanie zasad jest wzorem, który może występować w jednoniciowym DNA lub, częściej, w RNA. Struktura ta jest również znana jako spinka do włosów lub pętla spinki do włosów. Powstaje ona, gdy dwa regiony tej samej nici, zwykle komplementarne pod względem sekwencji nukleotydów przy czytaniu w przeciwnych kierunkach, łączą się w pary zasad tworząc podwójną helisę zakończoną niesparowaną pętlą. Powstała w ten sposób struktura jest kluczowym elementem składowym wielu struktur drugorzędowych RNA. Cruciform DNA Cruciform DNA jest formą nie-B DNA, która wymaga co najmniej 6 nukleotydowej sekwencji odwróconych powtórzeń, aby utworzyć strukturę składającą się z pnia, punktu rozgałęzienia i pętli w kształcie krzyża, stabilizowaną przez ujemne zwijanie DNA. Opisano dwie klasy DNA krzyżowego: sfałdowany i rozłożony. G-quadruplex G-quadrupleksowe struktury drugorzędowe (G4) tworzone są w kwasach nukleinowych przez sekwencje bogate w guaninę. Mają one kształt helikalny i zawierają tetrady guaninowe, które mogą być utworzone z jednej, dwóch lub czterech nici. Pętla D Pętla przemieszczenia lub pętla D jest strukturą DNA, w której dwie nici dwuniciowej cząsteczki DNA są oddzielone od siebie na pewien odcinek i przytrzymywane przez trzecią nić DNA. Pętla R jest podobna do pętli D, ale w tym przypadku trzecią nicią jest RNA, a nie DNA. Trzecia nić posiada sekwencję zasad, która jest komplementarna do jednej z nici głównych i łączy się z nią w pary, wypierając w ten sposób inną komplementarną nić główną w danym regionie. W obrębie tego regionu struktura jest więc formą trójniciowego DNA. Schemat zamieszczony w pracy wprowadzającej ten termin ilustrował pętlę D kształtem przypominającą dużą literę „D”, gdzie wyparta nić tworzyła pętlę „D”.