De genetische informatie van alle cellen bevindt zich in de volgorde van de stikstofbasen in de extreem lange moleculen van het DNA. In tegenstelling tot het DNA in eukaryote cellen, dat zich in de celkern bevindt, is het DNA in bacteriële cellen niet opgesloten in een membraangebonden organel, maar verschijnt het als een lange spiraal die over het cytoplasma is verspreid. In veel bacteriën is het DNA aanwezig als een enkel cirkelvormig chromosoom, hoewel sommige bacteriën twee chromosomen kunnen bevatten, en in sommige gevallen is het DNA eerder lineair dan cirkelvormig. Een variabel aantal kleinere, gewoonlijk cirkelvormige (hoewel soms lineaire) DNA-moleculen, plasmiden genaamd, kan hulpinformatie dragen.

De volgorde van de basen in het DNA is voor honderden bacteriën bepaald. De hoeveelheid DNA in bacteriële chromosomen varieert van 580.000 basenparen in Mycoplasma genitalium tot 4.700.000 basenparen in E. coli tot ruwweg 9.450.000 basenparen in Myxococcus xanthus. Sorangium cellulosum, een myxobacterie, heeft een van de grootste bacteriële genomen, die meer dan 13 miljoen basenparen bevat. De lengte van het chromosoom van E. coli bedraagt, als het uit de cel wordt verwijderd en tot zijn volledige omvang wordt uitgerekt, ongeveer 1,2 mm, wat opvallend is gezien het feit dat de lengte van de cel ongeveer 0,001 mm bedraagt.

Zoals in alle organismen bevat bacterieel DNA de vier stikstofbasen adenine (A), cytosine (C), guanine (G), en thymine (T). De regels voor basenparen voor dubbelstrengs DNA-moleculen vereisen dat het aantal adenine- en thyminebasen gelijk is en dat het aantal cytosine- en guaninebasen eveneens gelijk is. De verhouding tussen het aantal paren G- en C-basen en het aantal paren A- en T-basen is een belangrijke indicator van evolutionaire en adaptieve genetische veranderingen binnen een organisme. De verhouding, of molaire ratio, van G + C kan worden gemeten als G + C gedeeld door de som van alle basen (A + T + G + C) vermenigvuldigd met 100 procent. De mate waarin de G + C-verhouding tussen organismen verschilt, kan aanzienlijk zijn. Bij planten en dieren is het aandeel van G + C ongeveer 50 procent. Bij prokaryoten is het aandeel van G + C veel groter, van ongeveer 25 procent bij de meeste Mycoplasma’s tot ongeveer 50 procent bij E. coli en bijna 75 procent bij Micrococcus, actinomyceten en vruchtdragende myxobacteriën. Het G + C gehalte binnen een soort in een enkel genus is echter zeer vergelijkbaar.