虽然生物体中DNA主要是以双链结构存在，但是在一些特殊部位存在特征的单链DNA，例如，染色体末端的端粒具有一段TTAGGG的单链重复序列，它的长度影响细胞的衰老，具有重要的生物功能；双螺旋结构的DNA在生命过程中或经热处理会解链成两条互补的单链DNA。例如，一些癌基因转录起始位点下游的富G/C序列在转录过程中可解链成富G和富C的单链DNA，富G的单链DNA可以折叠形成核酸的特殊二级结构G-四链体，富C的单链DNA可形成i-motif结构，它们能作为调控基因功能的新靶点。单链DNA也存在于生命体的体液中，它由相关的基因在生命活动中降解而成。单链DNA的自由度比较大，可折叠形成双链、发卡、环状等特殊结构。

单链DNA可以由核酸合成仪大量的人工合成，也可以方便地制备各种化学修饰的、具有特殊功能的单链DNA。单链DNA具有高亲和性、特异性以及与其互补链识别和结合的功能，可作为生物物理化学研究的探针分子和工具，研究核酸杂交的物理化学过程和机理，探测一些特殊的生命过程；单链DNA也可以作为研究人类疾病的基因选择药物，靶向识别和结合疾病基因的特殊功能位点，抑制疾病基因的表达和功能。生命体液中的特征单链DNA片段可作为特殊的生命过程和人类疾病的标志物，可以使用液相色谱-质谱联用仪等进行检测分析单链DNA。

单链DNA作为一类重要的生物功能分子，具有广泛的用途。