La información genética de todas las células reside en la secuencia de bases nitrogenadas en las larguísimas moléculas de ADN. A diferencia del ADN de las células eucariotas, que reside en el núcleo, el ADN de las células bacterianas no está secuestrado en un orgánulo unido a la membrana, sino que aparece como una larga bobina distribuida por el citoplasma. En muchas bacterias el ADN está presente como un único cromosoma circular, aunque algunas bacterias pueden contener dos cromosomas, y en algunos casos el ADN es lineal en lugar de circular. Un número variable de moléculas de ADN más pequeñas, normalmente circulares (aunque a veces lineales), denominadas plásmidos, pueden transportar información auxiliar.

Se ha determinado la secuencia de bases en el ADN de cientos de bacterias. La cantidad de ADN en los cromosomas bacterianos oscila entre 580.000 pares de bases en Mycoplasma genitalium y 4.700.000 pares de bases en E. coli hasta aproximadamente 9.450.000 pares de bases en Myxococcus xanthus. Sorangium cellulosum, una mixobacteria, tiene uno de los mayores genomas bacterianos, con más de 13 millones de pares de bases. La longitud del cromosoma de E. coli, si se extrae de la célula y se estira al máximo, es de aproximadamente 1,2 mm, lo que resulta sorprendente si se tiene en cuenta que la longitud de la célula es de aproximadamente 0,001 mm.

Como en todos los organismos, el ADN bacteriano contiene las cuatro bases nitrogenadas adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). Las reglas de emparejamiento de bases para las moléculas de ADN de doble cadena requieren que el número de bases de adenina y timina sea igual y que el número de bases de citosina y guanina también sea igual. La relación entre el número de pares de bases G y C y el número de pares de bases A y T es un importante indicador de los cambios genéticos evolutivos y adaptativos en un organismo. La proporción, o relación molar, de G + C puede medirse como G + C dividido por la suma de todas las bases (A + T + G + C) multiplicado por 100 por ciento. El grado de variación de las proporciones de G + C entre los organismos puede ser considerable. En las plantas y los animales, la proporción de G + C es de aproximadamente el 50%. En los procariotas se observa un rango mucho más amplio en la proporción de G + C, que se extiende desde alrededor del 25 por ciento en la mayoría de los micoplasmas a alrededor del 50 por ciento en E. coli hasta casi el 75 por ciento en Micrococcus, actinomicetos y mixobacterias fructíferas. Sin embargo, el contenido de G + C dentro de una especie de un mismo género es muy similar.