L’informazione genetica di tutte le cellule risiede nella sequenza di basi azotate nelle molecole estremamente lunghe del DNA. A differenza del DNA nelle cellule eucariotiche, che risiede nel nucleo, il DNA nelle cellule batteriche non è sequestrato in un organello legato alla membrana, ma appare come una lunga bobina distribuita nel citoplasma. In molti batteri il DNA è presente come un singolo cromosoma circolare, anche se alcuni batteri possono contenere due cromosomi, e in alcuni casi il DNA è lineare piuttosto che circolare. Un numero variabile di molecole di DNA più piccole, solitamente circolari (anche se a volte lineari), chiamate plasmidi, possono trasportare informazioni ausiliarie.

La sequenza delle basi nel DNA è stata determinata per centinaia di batteri. La quantità di DNA nei cromosomi batterici varia da 580.000 coppie di basi nel Mycoplasma genitalium a 4.700.000 coppie di basi nell’E. coli a circa 9.450.000 coppie di basi nel Myxococcus xanthus. Il Sorangium cellulosum, un myxobacterium, ha uno dei più grandi genomi batterici, contenente più di 13 milioni di coppie di basi. La lunghezza del cromosoma di E. coli, se rimosso dalla cellula e allungato al massimo, è di circa 1,2 mm, il che è sorprendente se si considera che la lunghezza della cellula è di circa 0,001 mm.

Come in tutti gli organismi, il DNA batterico contiene le quattro basi azotate adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T). Le regole di appaiamento delle basi per le molecole di DNA a doppio filamento richiedono che il numero di basi adenina e timina sia uguale e che anche il numero di basi citosina e guanina sia uguale. La relazione tra il numero di coppie di basi G e C e il numero di coppie di basi A e T è un importante indicatore dei cambiamenti genetici evolutivi e adattativi all’interno di un organismo. La proporzione, o rapporto molare, di G + C può essere misurata come G + C diviso per la somma di tutte le basi (A + T + G + C) moltiplicato per 100 per cento. La misura in cui i rapporti G + C variano tra gli organismi può essere considerevole. Nelle piante e negli animali, la proporzione di G + C è circa il 50 per cento. Una gamma molto più ampia nella proporzione di G + C è visto in procarioti, che si estende da circa il 25 per cento nella maggior parte dei micoplasmi a circa il 50 per cento in E. coli a quasi il 75 per cento in Micrococcus, attinomiceti, e fruttiferi myxobacteria. Il contenuto G + C all’interno di una specie in un singolo genere, tuttavia, è molto simile.