核酸变性（denaturation of nucleic acid）是由于连接互补碱基对之间的氢键断裂所导致的核酸分子天然构象的改变。在这一过程中，核酸分子的一级结构（即核苷酸的排列顺序）不会受到影响，但是已经形成的双链会被分开成为两条单链分子。在体外，多种因素可以导致核酸分子变性，当变性因素缓慢去除后，两条解离的互补链可重新互补配对，恢复原来的天然构象，这一过程称为核酸复性（renaturation of nucleic acid）。核酸变性可以导致核酸的一些生物学或理化性质发生改变，随着核酸复性，核酸的这些性质会全部或部分恢复。

在DNA复制和RNA转录过程中都需要模板DNA的双链分开，双链DNA解离为单链的过程也被称为变性（denaturation）。双链RNA也可以变性解离成为单链RNA。但核酸变性通常是指由于某些理化因素导致DNA双链互补碱基对之间的氢键发生断裂，使DNA双链解离为单链。能够引起核酸变性的理化因素包括加热、酸碱和离子强度的改变等。

  加热可以使核酸变性，热变性的DNA经缓慢冷却后可以复性，这一过程又称为退火（annealing）。但如果将热变性的DNA迅速冷却至4℃以下，解离的互补链则不能形成双链，这一特性被用来保持DNA的变性状态。聚合酶链反应（polymerase chain reaction; PCR）就是利用核酸变性复性原理设计的实验技术。

一些化学试剂可以使核酸变性，如异硫氰酸胍（guanidine）、二甲基亚砜（dimethyl sulfoxide; DMSO）、甲酰胺（formamide）、尿素（urea）等。这些变性剂通过不同原理降低核酸的解链温度（melting temperature;  Tm），即降低DNA或RNA分子丧失半数双螺旋结构时的温度。变性梯度凝胶电泳（denatured gradient gel electrophoresis; DGGE）是在凝胶电泳中应用这些变性剂，使核酸分子在变性状态下，以单链形式泳动，减少了核酸构象对电泳的影响，使长度相同而核苷酸顺序不同的双链DNA片段分开。但是也有变性剂在室温下即可使核酸变性，如NaOH。

嘌呤和嘧啶含有共轭双键。因此，碱基、核苷、核苷酸和核酸在紫外波段有较强的光吸收。在中性条件下，它们的最大吸收值或光密度在260纳米附近（absorbance，A260或optical density，OD260）。在DNA解链过程中，由于有更多的共轭双键暴露出来，DNA溶液的紫外吸收值增加，这种现象称为DNA的增色效应（hyperchromic effect）。测量DNA溶液在260纳米处的吸光度变化是判定DNA双链是否发生变性的一个最简单和常用的方法。以在260纳米处的吸收值相对于温度作图，所得的曲线称为DNA的解链曲线（melting curve）。在解链过程中，A260或OD260达到最大变化值的一半时所对应的温度为DNA的解链温度。在此温度时，50%的DNA双链解离成为单链。因此，增色效应常用来判断DNA的变性程度。核酸是高分子量的大分子，其溶液的黏度（viscosity）很大，变性后其溶液的黏度减小；在超速离心形成的引力场中，变性核酸分子的沉降速率加快。

如果将不同种类的单链DNA或RNA放在同一溶液中，只要两种核酸单链之间存在着一定程度的碱基配对关系，它们就有可能形成杂化双链（heteroduplex）。这种杂化双链可以在不同的DNA单链之间形成，也可以在RNA单链之间形成，或者在DNA单链和RNA单链之间形成。这种现象称为核酸杂交（nucleic acid hybridization）。核酸杂交是分子生物学的常用实验技术。核酸复性时，其溶液的紫外吸收值（A260）增加，这种现象称为DNA的减色效应（hypochromic effect）。