Ở dạng tuyến tính (thường gọi là dạng "mạch thẳng"[5]), phân tử ADN là một chuỗi xoắn kép (cấu trúc bậc II). Khi chuỗi xoắn kép cuộn xoắn nhiều cấp nữa thì tạo thành trạng thái siêu xoắn (hình 1).
Thuật ngữ "DNA supercoiling" (ADN siêu xoắn) ra đời vào khoảng nửa cuối thế kỉ XX khi nghiên cứu cấu trúc ADN vòng bằng kính hiển vi điện tử và tia X.[3] Trước thời điểm này, nhiều nhà nghiên cứu xem cấu trúc phân tử ADN theo mô hình Crik - Oatsơn là cấu trúc bậc hai dạng B, sau đó phát hiện thêm dạng A và Z cũng như một số dạng khác nữa.[1][2][6] Bởi vậy, trạng thái "siêu xoắn" được coi là cấu trúc bậc ba trở lên của ADN, khi phân tử ADN này (dạng A hay B hoặc Z,...) xoắn lại một hay nhiều lần nữa.
Nếu ADN bị xoắn theo hướng xoắn nó vốn có, thì gọi là siêu xoắn dương, trong đó các bazơ gần sát lại với nhau nhiều hơn. Nếu ADN bị xoắn theo hướng ngược lại hướng nó vốn có, thì đây là siêu xoắn âm, trong đó các bazơ tách xa nhau ra hơn.[7] Sự biến đổi trạng thái cấu trúc này trong tự nhiên thường do nhóm enzym tôpôizômêraza thực hiện.
Trong quá trình nghiên cứu biến đổi cấu trúc như vậy của ADN, các nhà khoa học nhận thấy phân tử ADN - nhất là ADN-nhiễm sắc thể và plasmit của vi khuẩn trong trạng thái tự nhiên lúc cố định mẫu vật, thì cấu trúc ADN vòng của nó lại có thể vặn lại hoặc xoắn thêm hay cuộn xoắn nhiều cấp (hình 2). ADN ở trạng thái cấu trúc như vậy còn gọi là ADN ở trạng thái cấu trúc tô pô (topological structures),[1][2] do đó cũng là đối tượng nghiên cứu của tô pô học.[8] Từ đó, đã hình thành lý thuyết ruy băng nghiên cứu về dạng cấu trúc này.
