RNA分子的类型和功能十分多样，不仅参与了基因的转录、转录后修饰、翻译和调控等一系列遗传信息传递过程，而且在DNA复制、病毒免疫、转座子抑制等生理过程中也发挥着重要作用。一般认为，在细胞生命体中，RNA介导了从DNA到蛋白质，即从基因型到表型的遗传信息传递；不过在某些病毒中，RNA作为其遗传物质直接携带遗传信息。

RNA的类型十分多样，但从功能上大致可分为信使RNA（mRNA）和非编码RNA（non-coding RNA）。mRNA携带DNA上的基因信息，通过翻译过程指导合成蛋白质；而非编码RNA不编码任何蛋白质。有研究表明，真核生物中的非编码RNA占其RNA总量的97%左右。

RNA也可根据分子大小分为小RNA（一般小于200碱基）和长链RNA（一般大于200碱基）。长链RNA包括mRNA和长非编码RNA（lncRNA）。小RNA大部分是非编码RNA，常见的有5.8S核糖体RNA（rRNA）和5SrRNA、转移RNA（tRNA）、微RNA（microRNA; miRNA）、干扰小RNA（siRNA）、Piwi相互作用RNA（piRNA）、CRISPR RNA、核小RNA（snRNA），还有tRNA来源小RNA（tsRNA）和小分子rDNA来源的小RNA（srRNA）等。

RNA的生物合成是由RNA聚合酶（RNA polymerase）催化的，比较常见的是DNA依赖的RNA聚合酶，相应的分子过程称为转录（transcription）。RNA聚合酶识别DNA上的启动子序列，并在解旋酶的辅助下打开DNA的双链螺旋结构，沿着模板链以3′→5′的方向前进，并以5′→3′的方向合成与模板链完全互补的RNA分子，直到DNA上的终止子序列。有的RNA聚合酶以RNA为模板，即RNA依赖的RNA聚合酶。这种酶已知参与了RNA病毒的复制和真核生物的RNA干扰等过程。

新合成的RNA分子大多作为前体，需要经过进一步的加工和修饰才能成为成熟的有功能的RNA。该过程可以是对RNA分子骨架的各种剪接修饰，也可以在其核苷组分上进行各种修饰。

如原核生物中rRNA的多个基因之间或后面常插入1～2个tRNA的基因，它们的共转录本需要RNaseⅢ的切割才能产生成熟的rRNA和tRNA；再比如，真核生物中mRNA的前体需要经过5′端加帽、3′端多聚腺苷酸化和内含子切除等过程。

RNA的核苷组分可以发生上百种修饰，一般多见于tRNA、rRNA和其他非编码RNA。tRNA中常见的修饰核苷有胸腺嘧啶核糖核苷（尿嘧啶发生甲基化变成胸腺嘧啶）、假尿嘧啶核糖核苷（尿嘧啶与核糖之间的C—N键变成C—C键，标记为Ψ）和次黄嘌呤核糖核苷（腺嘌呤发生脱氨反应，标记为Ⅰ）等。其中次黄嘌呤可以和尿嘧啶、腺嘌呤、胞嘧啶形成“不稳定碱基对”（wobble base pair），这对于翻译过程中遗传密码的解读非常重要。另外，在mRNA中也可观察到修饰核苷，常见的有N⁶-甲基腺嘌呤核糖核苷（腺嘌呤第六位氮原子发生甲基化，标记为m⁶A），5-甲基胞嘧啶核糖核苷（胞嘧啶第五位碳原子发生甲基化，标记为m⁵C）和假尿嘧啶核糖核苷酸。这些mRNA核苷修饰对基因的转录后调控和翻译水平调控都有潜在的影响，如控制mRNA的降解、剪接和翻译效率，甚至可以调节pri-microRNA的加工。

RNA的基本结构单元是核糖核苷酸。每分子核糖核苷酸含有一分子核糖，后者呈呋喃型环状结构。国际惯例将核糖的5个碳原子位置分别标记为1′～5′（用“′”区别于碱基的原子），其中2′、3′和5′碳原子上分别携带1个羟基。核糖在其1′位置上与一分子碱基通过糖苷键缩合可形成核苷，当核苷中的核糖羟基（体内往往是5′位上的羟基）再与一分子磷酸发生酯化反应，就形成了核糖核苷酸。

在RNA分子中，大量的核糖核苷酸单体分子以3′,5′-磷酸二酯键彼此相连形成其一级结构。RNA中常见的碱基有腺嘌呤（A）、尿嘧啶（U）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C），其中腺嘌呤与尿嘧啶、鸟嘌呤与胞嘧啶、鸟嘌呤与尿嘧啶之间均可通过氢键形成碱基对，使RNA单链分子产生茎环（stem-loop）、突起（bulge）和内环（internal loop）等二级结构元件，为进一步形成三级结构提供基本架构。RNA分子形成特异的三级结构对于其功能的发挥至关重要（见图）。

RNA分子结构

RNA的戊糖组分是核糖，而在DNA中是脱氧核糖（戊糖糖环上没有2′-羟基）。因此，RNA和DNA对应的核苷（由戊糖与碱基缩合而成）分别是核糖核苷和脱氧核糖核苷，对应的核苷酸单体分别是核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸。2′-羟基决定了RNA不同于DNA的几方面特性，如RNA更容易发生水解反应，稳定性差；位于螺旋结构内的2′-羟基产生的空间位阻使该螺旋呈A型构象，而DNA双螺旋常见B型构象；位于柔性区域（非螺旋结构）处的2′-羟基可攻击磷酸二酯键，导致RNA骨架断裂。

DNA分子中常见4种碱基，腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C），且它们严格遵从沃森-克里克（Watson-Crick）配对法则，即形成腺嘌呤-胸腺嘧啶（A-T）和鸟嘌呤-胞嘧啶（G-C）2种碱基对。但在RNA分子中很少存在胸腺嘧啶，取而代之与腺嘌呤发生配对的是其未甲基化形式——尿嘧啶（U）。另外，RNA分子中还会存在一些不稳定碱基配对（wobble base pair），常见的有4种：鸟嘌呤-尿嘧啶（G-U）、次黄嘌呤-尿嘧啶（I-U）、次黄嘌呤-腺嘌呤（I-A）和次黄嘌呤-胞嘧啶（I-C）。

在生命体中，DNA往往以双链形式存在，2条反向的DNA分子通过碱基配对形成双螺旋（double helix）结构。RNA通常是单链线型分子，但分子内可通过碱基配对形成局部双螺旋。

RNA的研究诞生了生物学领域许多重要发现，并产生了多位诺贝尔奖得主（见表）。