ישנן שתי קבוצות עיקריות של בסיסים חנקניים: פורינים ופירימידינים. שני המעמדות דומים למולקולה פירידין והם מולקולות מישוריות שאינן קוטביות. בדומה לפירידין, כל פירימידין הוא טבעת אורגנית הטרוציקלית אחת. הפורינים מורכבים מטבעת פירימידין המתמזגת עם טבעת imidazole ויוצרת מבנה טבעתי כפול.
למרות שיש בסיסים חנקניים רבים, החמישה החשובים ביותר לדעת הם הבסיסים שנמצאים בהם DNA ו- RNAהמשמשים גם כנשאי אנרגיה בתגובות ביוכימיות. אלה הם אדנין, גואנין, ציטוזין, תימין ואורציל. לכל בסיס יש מה שמכונה בסיס משלים שהוא נקשר אליו אך ורק ליצירת DNA ו- RNA. הבסיסים המשלימים מהווים את הבסיס לקוד הגנטי.
אדנין וגואנין הם פורינים. אדנין מיוצג לעיתים קרובות על ידי אותיות גדולות א. ב- DNA הבסיס המשלים שלה הוא תימין. הנוסחה הכימית של אדנין היא C5ח5נ5. ב- RNA, אדנין יוצר קשרים עם אורציל.
אדנין והבסיסים האחרים נקשרים לקבוצות פוספטים או עם ריבוז הסוכר או דו-דוקסיבריוזה ליצירת נוקלאוטידים. שמות הנוקלאוטידים דומים לשמות הבסיס אך יש להם סיום "-אוזין" עבור פורינים (למשל אדנין יוצר אדנוזין טריפוספט) ו- "אידין" המסתיים לפירימידינים (למשל, ציטוזין יוצר ציטידין טריפוספט). שמות נוקלאוטידים מציינים את מספר קבוצות הפוספט הקושרות למולקולה: מונופוספט, דיפוספט, וטריפוספט. הנוקליאוטידים הם זה שמשמש כאבני בניין של DNA ו- RNA. קשרי מימן נוצרים בין הפורין לפירימידין המשלים ויוצרים את צורת הסליל הכפול של ה- DNA או משמשים כזרזים בתגובות.
גואנין הוא פורין המיוצג על ידי אות ג '. הנוסחה הכימית שלה היא C5ח5נ5O. הן ב- DNA והן ב- RNA, קשרים גואנין עם ציטוזין. הגרעין שנוצר על ידי גואנין הוא גואנוזין.
בתזונה, Purines יש בשפע במוצרי בשר, בעיקר מאברים פנימיים, כמו כבד, מוח וכליות. כמות קטנה יותר של purines נמצאת בצמחים, כמו אפונה, שעועית ועדשים.
תימין ידוע גם בשם 5-מתילוראציל. תימין הוא פירימידין שנמצא ב- DNA, שם הוא נקשר לאדנין. הסמל לתימין הוא אות T. הנוסחה הכימית שלה היא C5ח6נ2O2. הנוקלאוטיד המקביל לו הוא תמידין.
ציטוזין מיוצג על ידי אות C. ב- DNA ו- RNA זה נקשר לגואנין. שלושה קשרי מימן נוצרים בין ציטוזין וגואנין בבסיס התאמות ווטסון-קריק ויוצרים DNA. הנוסחה הכימית של ציטוזין היא C4H4N2O2. הנוקלאוטיד שנוצר על ידי ציטוזין הוא ציטידין.
אורילס עשוי להיחשב כתימין demylated. אורוציל מיוצג על ידי אות U. הנוסחה הכימית שלה היא C4ח4נ2O2. בתוך חומצות גרעין, הוא נמצא ב- RNA הקשור לאדנין. אורוסיל יוצר את האורידין נוקליאוטיד.
ישנם בסיסים חנקניים רבים אחרים הנמצאים בטבע, ובנוסף ניתן למצוא את המולקולות המשולבות בתרכובות אחרות. לדוגמא, טבעות פירמידין נמצאות בתאמין (ויטמין B1) ובברביטטים כמו גם בנוקלאוטידים. פירמידינים נמצאים גם בכמה מטאוריטים, למרות שמקורם עדיין לא ידוע. פורינים אחרים הנמצאים בטבע כוללים קסנטין, תיאוברומין וקפאין.
ב- RNA אורציל תופס את מקום התימין, ולכן התאמת הבסיס היא:
הבסיסים החנקניים נמצאים בחלק הפנימי של הסליל הכפול של ה- DNA, כאשר חלקי הסוכרים והפוספט של כל נוקלאוטיד מהווים את עמוד השדרה של המולקולה. כאשר סליל DNA מתפצל, כאילו לתמלול DNA, בסיסים משלימים נקשרים לכל מחצית שנחשפה כך שניתן ליצור עותקים זהים. מתי RNA פועל כתבנית לייצר DNA, עבור תרגום, בסיסים משלימים משמשים לייצור מולקולת ה- DNA באמצעות רצף הבסיס.
מכיוון שהם משלימים זה את זה, התאים דורשים כמויות שוות בערך של פורין ופירימידינים. על מנת לשמור על איזון בתא, ייצור של פורינים ופירימידינים מעכב את עצמו. כאשר נוצר אחד, הוא מעכב ייצור של עוד מאותו ומפעיל את ייצור מקבילתו.