Importanti indizi sulla struttura del DNA provenivano anche dalla sua composizione chimica. I biochimici sapevano che il DNA era un polimero di nucleotidi e che ciascun nucleotide era composto da una molecola dello zucchero desossiribosio, da un gruppo fosfato e da una base azotata.
La sola differenza fra i quattro nucleotidi presenti nel DNA risiedeva nelle basi azotate: le purine adenina (A) e guanina (G) e le pirimidine citosina (C) e timina (T).

Nel 1950, il chimico di origine austriaca Erwin Chargaff riscontrò alcune regolarità nella composizione del DNA:

• La percentuale dei quattro tipi di nucleotidi è sempre la stessa nel DNA di cellule provenienti da tessuti diversi del medesimo individuo.
• La composizione delle molecole di DNA non è influenzata da fattori esterni o dall’età dell’organismo.
• Il rapporto tra la percentuale di A e quella di G (le due purine presenti nel DNA) varia da una specie all’altra; ciò suggeriva una relazione con il «significato» del messaggio scritto nella biomolecola.
• In tutte le specie, la quantità di adenina è uguale alla quantità di timina (A = T) e la quantità di guanina è uguale alla quantità di citosina (G = C); di conseguenza la quantità totale delle purine (A + G) è uguale a quella delle pirimidine (T + C).

Come vedremo, quest’ultima osservazione (▶figura 6) è particolarmente significativa: la struttura del DNA non sarebbe mai stata ricavata senza di essa, anche se per almeno tre anni nessuno ne riconobbe l’importanza.