Sự kết đôi của một purine cụ thể với một pyrimidine cụ thể là do cấu trúc và đặc tính của mỗi vòng và sự phù hợp ba chiều giữa các phần bổ sung. Purine và pyrimidine là các hợp chất hữu cơ, vòng thơm, hoạt động như các khối cấu tạo của axit nucleic. Trong DNA, purine xuất hiện dưới dạng adenine và guanine, trong khi pyrimidine xuất hiện dưới dạng thymine và cytosine. Trong quá trình bắt cặp cơ sở DNA, adenin kết hợp với thymine và cặp guanin với cytosine.
Các cặp bazơ kết hợp bao gồm một purine và một pyrimidine tạo thành liên kết hydro. Purines có cấu trúc vòng đôi, và pyrimidine có cấu trúc vòng đơn. Adenine và thymine đều có hai vị trí mà chúng tạo liên kết hydro với nhau, trong khi guanine và cytosine có ba vị trí. Liên kết với nhau, các bazơ nitơ này tạo thành các bậc của thang DNA hay còn gọi là chuỗi xoắn kép.
Liên kết hydro giữa các vòng chỉ có thể có ở dạng đồng phân cụ thể. Theo giải thích của Khoa Hóa học của Đại học Maine, đồng phân tautomers là những đồng phân liên quan đến sự thay đổi vị trí của một hydro đơn và một liên kết đôi. Đối với mỗi trong số bốn bazơ nitơ, một dạng đồng phân cụ thể phải được kết hợp để tạo liên kết thích hợp, ổn định và gắn vào xương sống đường-photphat của DNA. Nếu các cặp cơ sở là các bậc của một cái thang, thì đường trục photphat đóng vai trò là các cạnh của bậc thang. Với dạng xoắn của bậc thang, sẽ có ít cản trở về mặt thép giữa các nguyên tử lân cận trong phân tử DNA.
