Den genetiske information i alle celler ligger i sekvensen af nitrogenbaser i de ekstremt lange molekyler af DNA. I modsætning til DNA’et i eukaryote celler, som befinder sig i kernen, er DNA’et i bakterieceller ikke afsondret i en membranbunden organel, men fremstår som en lang spole, der er fordelt i cytoplasmaet. I mange bakterier findes DNA’et i form af et enkelt cirkulært kromosom, selv om nogle bakterier kan indeholde to kromosomer, og i nogle tilfælde er DNA’et lineært i stedet for cirkulært. Et variabelt antal mindre, normalt cirkulære (men undertiden lineære) DNA-molekyler, kaldet plasmider, kan bære hjælpeinformation.

Den sekvens af baser i DNA’et er blevet bestemt for hundredvis af bakterier. Mængden af DNA i bakteriekromosomer varierer fra 580.000 basepar i Mycoplasma genitalium til 4.700.000 basepar i E. coli og til ca. 9.450.000 basepar i Myxococcus xanthus. Sorangium cellulosum, en myxobakterie, har et af de største bakteriegenomer, der indeholder over 13 millioner basepar. Længden af E. coli-kromosomet er, hvis det fjernes fra cellen og strækkes helt ud, ca. 1,2 mm, hvilket er slående i betragtning af, at cellens længde er ca. 0,001 mm.

Som i alle organismer indeholder bakteriel DNA de fire nitrogenholdige baser adenin (A), cytosin (C), guanin (G) og thymin (T). Reglerne for baseparring for dobbeltstrengede DNA-molekyler kræver, at antallet af adenin- og thyminbaser er lige stort, og at antallet af cytosin- og guaninbaser også er lige stort. Forholdet mellem antallet af par af G- og C-baser og antallet af par af A- og T-baser er en vigtig indikator for evolutionære og adaptive genetiske ændringer i en organisme. Andelen, eller det molare forhold, af G + C kan måles som G + C divideret med summen af alle baser (A + T + G + C) ganget med 100 procent. G + C-forholdet kan variere betydeligt fra organisme til organisme. Hos planter og dyr er andelen af G + C ca. 50 procent. Der ses et langt større spænd i andelen af G + C hos prokaryoter, der strækker sig fra ca. 25 % hos de fleste mycoplasmaer over ca. 50 % hos E. coli til næsten 75 % hos Micrococcus, actinomyceter og frugtdannende myxobakterier. G+C-indholdet inden for en art i en enkelt slægt er imidlertid meget ens.