Die genetische Information aller Zellen befindet sich in der Abfolge von Stickstoffbasen in den extrem langen Molekülen der DNA. Anders als die DNA in eukaryontischen Zellen, die sich im Zellkern befindet, ist die DNA in bakteriellen Zellen nicht in einer membrangebundenen Organelle eingeschlossen, sondern liegt als lange Spule im Zytoplasma verteilt vor. In vielen Bakterien liegt die DNA in Form eines einzigen zirkulären Chromosoms vor, obwohl einige Bakterien auch zwei Chromosomen enthalten können, und in einigen Fällen ist die DNA eher linear als zirkulär. Eine variable Anzahl kleinerer, meist zirkulärer (manchmal aber auch linearer) DNA-Moleküle, die so genannten Plasmide, können zusätzliche Informationen tragen.

Die Basenabfolge in der DNA wurde für Hunderte von Bakterien bestimmt. Die Menge der DNA in bakteriellen Chromosomen reicht von 580.000 Basenpaaren in Mycoplasma genitalium über 4.700.000 Basenpaare in E. coli bis zu etwa 9.450.000 Basenpaaren in Myxococcus xanthus. Sorangium cellulosum, ein Myxobakterium, hat eines der größten bakteriellen Genome, das mehr als 13 Millionen Basenpaare enthält. Die Länge des E. coli-Chromosoms beträgt, wenn es aus der Zelle entfernt und auf seine volle Länge gestreckt wird, etwa 1,2 mm, was angesichts der Tatsache, dass die Länge der Zelle etwa 0,001 mm beträgt, bemerkenswert ist.

Wie in allen Organismen enthält die bakterielle DNA die vier Stickstoffbasen Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T). Die Regeln der Basenpaarung für doppelsträngige DNA-Moleküle erfordern, dass die Anzahl der Adenin- und Thyminbasen gleich ist und dass die Anzahl der Cytosin- und Guaninbasen ebenfalls gleich ist. Das Verhältnis zwischen der Anzahl der Paare von G- und C-Basen und der Anzahl der Paare von A- und T-Basen ist ein wichtiger Indikator für evolutionäre und adaptive genetische Veränderungen innerhalb eines Organismus. Der Anteil oder das molare Verhältnis von G + C kann gemessen werden als G + C geteilt durch die Summe aller Basen (A + T + G + C) multipliziert mit 100 Prozent. Das Ausmaß, in dem das Verhältnis von G + C zwischen den Organismen variiert, kann beträchtlich sein. Bei Pflanzen und Tieren liegt der Anteil von G + C bei etwa 50 %. Bei Prokaryonten ist die Bandbreite des G+C-Anteils weitaus größer und reicht von etwa 25 % bei den meisten Mycoplasmen über etwa 50 % bei E. coli bis hin zu fast 75 % bei Micrococcus, Actinomyceten und fruchttragenden Myxobakterien. Der G + C-Gehalt innerhalb einer Spezies in einer einzigen Gattung ist jedoch sehr ähnlich.