Trong tự nhiên cũng như ở phòng thí nghiệm, các chuỗi đơn của phân tử DNA và RNA có thể tồn tại tự do ở dạng tuyến tính (mạch thẳng). Trong trạng thái này, mỗi chuỗi đều có các base nitơ "tự do" (theo nghĩa chưa bắt cặp với base nitơ khác) nên có khả năng hình thành liên kết hydro với các base nitơ "tự do" ở chuỗi khác theo nguyên tắc bổ sung. Do đó, trong những điều kiện thích hợp, thì các chuỗi đơn khác nhau cùng tồn tại ở một môi trường có thể tự kết hợp với nhau do sự cần thiết phải bù nhau giữa các cặp base nitơ (nguyên tắc bổ sung), hình thành nên các liên kết hydro giữa chúng, tạo ra hai chuỗi gắn nối với nhau như là một phân tử mạch kép thống nhất.
Chẳng hạn, phân tử DNA kép (gồm hai mạch đã gắn nối nhau) đặt trong dung dịch thích hợp, khi được đun nóng đến nhiệt độ nhất định (trung bình là khoảng 80 °C) thì sẽ tách thành hai mạch rời nhau, đó là hiện tượng biến tính hoá sinh (denaturation biochemistry). Nếu dung dịch nguội dần đến lúc nào đó, hai mạch gặp nhau sẽ có thể gắn kết lại với nhau, đó là hiện tượng hồi tính hoá sinh (renaturation biochemistry).[2] Khám phá này là của J. Watson và F. Crick về hiện tượng phân tử DNA sau khi bị biến tính thành hai chuỗi đơn, mà có nguồn gốc từ cùng một phân tử mẹ, thì có thể "tái sinh" trong các điều kiện có độ pH, nhiệt độ và nồng độ ion thích hợp.[5]
Lấy phân tử DNA loại này (kí hiệu là A) đã biến tính trộn lẫn với phân tử DNA loại kia (kí hiệu là B) cũng đã biến tính, rồi hạ nhiệt dần dần để dung dịch nguội. Đến khi nhiệt độ hạ xuống mức nhất định, chuỗi đơn A có thể kết hợp với chuỗi đơn A (thành DNA kép A như ban đầu), hoặc chuỗi đơn B có thể kết hợp với chuỗi đơn B (thành DNA kép B như ban đầu), hoặc chuỗi đơn A có thể kết hợp với chuỗi đơn B thành DNA kép lai. Phân tử lai thường được phát hiện nhờ đánh dấu bằng đồng vị phóng xạ;[2] hoặc cũng còn được phát hiện bằng quan sát qua kính hiển vi điện tử, bằng "dán nhãn" huỳnh quang hoặc rửa bằng enzym phân huỷ chuỗi đơn.[1]
