El DNA fue aislado y estudiado por primera vez por el suizo Friedrich Miescher en 1869. En su investigación intentaba digerir proteínas de las células del pus, observando que el núcleo de esas células no era digerido, por lo que lo que había allí no eran proteínas, sino otra sustancia a la que llamó "nucleína" por su localización en el núcleo celular. Más tarde, al comprobarse su carácter ácido, recibió el nombre de "ácido nucleico". El alemán Felix Hoppe-Seyler aisló un ácido nucleico de levaduras que difería en sus propiedades del ácido nucleico de Mieschler, al que se denominó ácido timonucleico (por su facilidad para ser extraído del timo de animales) para diferenciarlo del de levaduras.

Hacia 1890, el químico alemán Albrecht Kossel, hidrolizó el ácido nucleico, descubriendo la existencia de hidratos de carbono y de unos compuestos o bases nitrogenadas a las que dio los nombres de "adenina", "guanina", "citosina" y "timina". Kossel recibió el premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1910.

En 1911, el bioquímico estadounidense de origen ruso, Theodore Leven, demostró que los hidratos de carbono eran pentosas. Tras este descubrimiento se observó que el ácido nucleico de levadura poseía, como pentosa, la ribosa, mientras que el timonucleico poseía un derivado desoxigenado de la ribosa, la desoxirribosa, recibiendo a partir de entonces los nombres de ácido RIBONUCLEICO (RNA), y ácido DESOXIRRIBONUCLEICO (DNA). Se descubrió también que el RNA no poseía una de las bases que se conocían en la época, la timina, pero a cambio poseía una base nitrogenada nueva, el "uracilo".

En 1934 Levene aisló, a partir de ácidos nucleicos, unas moléculas más sencillas que estaban formadas por una pentosa, una base nitrogenada y una molécula de ácido fosfórico. A este conjunto se le dio el nombre de NUCLEÓTIDO, y Levene pensó que los ácidos nucleicos estaban formados por cuatro nucleótidos, uno con cada una de las bases. Hasta mediados de los años 50 no se certificó que los ácidos nucleicos en realidad estaban formados por miles e, incluso, millones de nucleótidos y no por sólo cuatro.

Poco después, el británico Alexander R. Todd sintetizó nucleótidos en situaciones controladas que sólo permitían un único tipo de enlace, observando que los ácidos nucleicos estaban formados por pentosas de nucléotidos contiguos unidos por ácidos fosfóricos, a la vez que a las pentosas se unían también las bases nitrogenadas. Por sus trabajos, Todd recibió el Premio Nobel de Química en 1957.

En la década de los 40, diversos investigadores (Feulgen, Caspersson, Mirsky, Sager y otros) desarrollaron técnicas de tinción y análisis que permitieron estudiar en qué lugares de las células aparecían los ácidos nucleicos. Se observó que el DNA solía aparecer casi exclusivamente en el núcleo y en pequeñas cantidades en algún orgánulo celular como las mitocondrias y los cloroplastos, mientras que el RNA aparecía repartido por el citoplasma, sobre todo en los ribosomas, y en cierta cantidades también en el núcleo. Se comprobó también que existía DNA en los cromosomas, unido a proteínas, viéndose cómo la cantidad de DNA era siempre constante y propia de cada especie, lo que llevó a sospechar que tal vez existía relación entre el DNA de los cromosomas y los genes o factores hereditarios.

Una primera pista la obtuvo en 1928 F. Griffith, trabajando con dos cepas de neumococos, una de envoltura lisa y otra de envoltura rugosa. Cuando Griffith mezclaba bacterias rugosas vivas con bacterias lisas muertas y esta mezcla se inyectaba en ratones, de éstos se obtenían bacterias lisas vivas, lo cual sólo se podía explicar si algo de las lisas muertas había pasado a las rugosas vivas y las había transformado. La cuestión era averiguar la naturaleza de ese "algo".

No sería hasta 1944 cuando Avery, McLeod y McCarthy repitieron los experimentos de Griffith y demostraron que el "Principio transformante" que convertía a las bacterias rugosas en lisas era, precisamente, el DNA, descubrimiento que marcó un hito importante en la historia de la Genética.