Abhängig von der Sequenz und anderen Bedingungen können Nukleinsäuren eine Vielzahl von strukturellen Motiven bilden, von denen angenommen wird, dass sie biologische Bedeutung haben.

Stem-loop Stem-loop intramolekulare Basenpaarung ist ein Muster, das in einzelsträngiger DNA oder, häufiger, in RNA auftreten kann. Die Struktur ist auch als Haarnadel oder Haarnadelschleife bekannt. Sie tritt auf, wenn zwei Bereiche desselben Strangs, die in der Regel komplementär in der Nukleotidsequenz sind, wenn sie in entgegengesetzter Richtung gelesen werden, eine Basenpaarung eingehen, um eine Doppelhelix zu bilden, die in einer ungepaarten Schleife endet. Die sich daraus ergebende Struktur ist ein Schlüsselbaustein für viele RNA-Sekundärstrukturen. Kreuzförmige DNA Kreuzförmige DNA ist eine Form von Nicht-B-DNA, die mindestens eine 6-Nukleotid-Sequenz von invertierten Wiederholungen erfordert, um eine Struktur zu bilden, die aus einem Stamm, einem Verzweigungspunkt und einer Schleife in Form eines Kreuzes besteht und durch negative DNA-Supercoiling stabilisiert wird. Es wurden zwei Klassen von kreuzförmiger DNA beschrieben: gefaltet und ungefaltet. G-Quadruplex G-Quadruplex-Sekundärstrukturen (G4) werden in Nukleinsäuren durch Sequenzen gebildet, die reich an Guanin sind. Sie sind schraubenförmig und enthalten Guanin-Tetraden, die sich aus einem, zwei oder vier Strängen bilden können. D-Schleife Eine Verdrängungsschleife oder D-Schleife ist eine DNA-Struktur, bei der die beiden Stränge eines doppelsträngigen DNA-Moleküls über eine Strecke voneinander getrennt sind und durch einen dritten DNA-Strang auf Abstand gehalten werden. Eine R-Schleife ist einer D-Schleife ähnlich, aber in diesem Fall ist der dritte Strang RNA und nicht DNA. Der dritte Strang hat eine Basensequenz, die komplementär zu einem der Hauptstränge ist und sich mit diesem paart, wodurch der andere komplementäre Hauptstrang in der Region verdrängt wird. Innerhalb dieser Region handelt es sich also um eine Form der dreisträngigen DNA. Ein Diagramm in dem Papier, in dem der Begriff eingeführt wurde, veranschaulichte die D-Schleife mit einer Form, die einem großen „D“ ähnelt, wobei der verdrängte Strang die Schleife des „D“ bildet.