2．三級結構已發現線粒體、葉綠體、細菌、質粒及一些病毒的DNA雙螺旋分子尚可形成封閉環狀，天然狀態的環狀DNA分子多扭曲成麻花狀的超螺旋結構（superhelix），這些比螺旋更為複雜的結構即DNA分子的三級結構。
真核生理細胞核中的DNA具有一種超螺旋結構，即DNA雙螺旋盤繞在組蛋白上形成核小體（nucleosome）。核小體是染色質（chromatin）的核心小粒，由有140個鹼基對的雙螺旋DNA纏繞於由組蛋白（H2A、H2B、H3及H4各二分子）組成的八聚體外面，這一DNA股由此形成直徑為9nm的超螺旋1.75圈。此核小體又經60個鹼基對的DNA雙螺旋及組蛋白H1形成細絲（間隔區）與下一個核小體相連接。
核小體的DNA雙螺旋為200個鹼基對，長度應為0.34nm×200=68nm，但實際長度只10nm，說明DNA雙螺旋鏈進一步螺旋化盤繞在組蛋白八聚體上，其長度壓縮了7/8。每6個核小體又繞成一圈形成螺線管，外徑為30nm，螺距為10nm。這樣DNA分子長度被壓縮了6/7。120個螺線管又盤繞成直徑為400nm，高為30nm的超螺線管，DNA分子長度又被壓縮了40/41，此超螺線管即染色體的單位纖維（unit fiber），長20～60nm。從單位纖維形成染色單體（chromatid），實際長度為2～10nm，DNA分子長度又被壓縮了5/6～6/7。這樣從許多核小體組成的串珠樣纖維經多層次螺旋化結構到形成染色單體，DNA分子的長度已被壓縮至近1/10000。
RNA分子也是由核苷酸依3』,5』磷酸二酯鍵形成的多核苷酸鏈。RNA總是以單鏈的形式存在，也有5』磷末端及3』羥基末端。RNA單鏈的局部摺疊成的某一片段的A及G分別與另一片段的U及C配對常形成髮夾結構（hairpin structure）。在此結構內的鹼基無需全部配對，而配對部位形成小的雙螺旋區域，不能配對的鹼基則連成小環從螺旋區中被圈出來。這種RNA單鏈局部小雙螺旋結構即是RNA的二級結構。