Σημείο σταθμό αποτελεί η ανακάλυψη της δομής του DNA που πραγματοποιήθηκε το 1953 από τους Τζέιμς Γουάτσον (Αμερικανός) και Φράνσις Κρικ, Βρετανός, ερευνητές που εργάζονταν στο Πανεπιστήμιο του Καίμπριτζ. Η ανακάλυψη τους, όμως, μάλλον θα πρέπει να αντιμετωπίζεται ως το αποτέλεσμα μιας σειράς σχετικών ερευνητικών δεδομένων, παρά ως μια μεμονωμένη “επαναστατική” ανακάλυψη. Για παράδειγμα, από το 1948 ο Λίνους Πάουλινγκ είχε ανακαλύψει ότι αρκετές πρωτεϊνες περιλάμβαναν σχήματα με ελικοειδή δομή, πραγματοποιώντας πειράματα με χρήση ακτίνων Χ. Επίσης, από το 1947 ο Έρβιν Τσάργκραφ είχε παρατηρήσει κάτι χαρακτηριστικό: σε οποιοδήποτε δείγμα DNA, τo ποσοστό των νουκλεοτιδίων που έχουν ως αζωτούχο βάση την αδενίνη είναι ίσο με τo ποσοστό των νουκλεοτιδίων που έχουν ως αζωτούχο βάση τη θυμίνη, ενώ τo ποσοστό των νουκλεοτιδίων που έχουν ως αζωτούχο βάση την γουανίνη είναι ίσο με τo ποσοστό των νουκλεοτιδίων που έχουν ως αζωτούχο βάση την κυτοσίνη.
Οι Γουάτσον και Κρικ βασίστηκαν ιδιαίτερα στην έρευνα της Ρόζαλιντ Φράνκλιν. Συγκεκριμένα, στηρίχθηκαν στα εξής:
Μια φωτογραφία του DNA που ο Μόρις Γουΐλκινς είχε πάρει από το γραφείο της Φράνκλιν και την έδειξε στον Γουάτσον. Εκείνος αναγνώρισε τη διπλή έλικα, κάτι που τον στήριξε στη συνέχιση των ερευνών του.
Οι μετρήσεις της Φράνκλιν στο κυτταρικό DNA όπως παρουσιάζονταν σε μια μη δημόσια έκθεση που είδε ο Κρικ. Έτσι αντιλήφθηκε ότι οι δύο έλικες του DNA κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις (είναι αντιπαράλληλες).
Η προσφορά της Φράνκλιν, που πέθανε σε μικρή ηλικία (37) από καρκίνο των ωοθηκών λόγω των ραδιενεργών υλικών που χρησιμοποιούσε στη δουλειά της, αναγνωρίστηκε μετά τον θάνατό της. Δεν έγινε δυνατό να της απονεμηθεί το βραβείο Νόμπελ, όπως έγινε με τους άλλους τρεις ερευνητές, καθώς το βραβείο απονέμεται μόνο σε πρόσωπα εν ζωή.
Τα αποτελέσματα των εργασιών των Γουάτσον και Κρικ καθώς και τα αποτελέσματα των εργασιών των Φράνκλιν και Γουΐλκινς ανακοινώθηκαν στις 25 Απριλίου 1953, στο ίδιο τεύχος του περιοδικού Nature. Για τη συνεισφορά τους στη μελέτη της δομής του DNA, οι Γουάτσον και Κρικ μοιράστηκαν το 1962 το Βραβείο Νομπέλ με τον Μόρις Γουΐλκινς.
To 1957 οι Γουάτσον και Κρικ πρότειναν το κεντρικό δόγμα της Μοριακής Βιολογίας, στο οποίο περιγράφουν τη διαδικασία με την οποία παράγονται πρωτεΐνες από το DNA του πυρήνα.
Σημαντικά επίσης σημεία της έρευνας σχετικά με το DNA αποτελούν η ανακάλυψη του μηχανισμού σύνθεσης του DNA από τον Άρθουρ Κόρνμπεργκ το 1956 και η ανακάλυψη του γενετικού κώδικα από τον Μάρσαλ Νίρενμπεργκ το 1961.
