Ở dạng tuyến tính (thường gọi là dạng "mạch thẳng"[5]), phân tử DNA là một chuỗi xoắn kép (gọi là 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" (DNA siêu xoắn) ra đời vào khoảng nửa cuối thế kỉ XX khi nghiên cứu cấu trúc DNA vòng bằng kính hiển vi điện tử và tia X.[3] Trước thời điểm này, nhiều nhà nghiên cứu xem cấu trúc phân tử DNA 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 DNA, khi phân tử DNA này (dạng A hay B hoặc Z,...) xoắn lại một hay nhiều lần nữa.
Nếu DNA bị xoắn theo hướng xoắn nó vốn có, thì gọi là siêu xoắn dương, trong đó các base gần sát lại với nhau nhiều hơn kích thước "chuẩn" ban đầu. Nếu DNA bị xoắn theo hướng ngược lại hướng nó vốn có, thì đây là siêu xoắn âm, trong đó các base 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 DNA, các nhà khoa học nhận thấy phân tử DNA - nhất là DNA-nhiễm sắc thể và plasmit của vi khuẩn trong trạng thái tự nhiên lúc cố định mẫu vật, thì cấu trúc DNA vòng của nó lại có thể vặn lại hoặc xoắn thêm hay cuộn xoắn nhiều cấp (xem hình 2). DNA ở trạng thái cấu trúc như vậy còn gọi là DNA 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.
