A informação genética de todas as células reside na sequência de bases nitrogenadas nas moléculas extremamente longas do DNA. Ao contrário do DNA em células eucarióticas, que reside no núcleo, o DNA em células bacterianas não é sequestrado em uma organela ligada à membrana, mas aparece como uma bobina longa distribuída através do citoplasma. Em muitas bactérias o DNA está presente como um único cromossomo circular, embora algumas bactérias possam conter dois cromossomos, e em alguns casos o DNA é linear em vez de circular. Um número variável de moléculas de DNA menores, geralmente circulares (embora às vezes lineares), chamadas plasmídeos, podem carregar informações auxiliares.

A sequência de bases no DNA foi determinada para centenas de bactérias. A quantidade de DNA nos cromossomos bacterianos varia de 580.000 pares de bases em Mycoplasma genitalium até 4.700.000 pares de bases em E. coli até aproximadamente 9.450.000 pares de bases em Myxococcus xanthus. Sorangium cellulosum, um myxobacterium, tem um dos maiores genomas bacterianos, contendo mais de 13 milhões de pares de bases. O comprimento do cromossomo E. coli, se removido da célula e esticado ao máximo, é de cerca de 1,2 mm, o que é impressionante tendo em vista que o comprimento da célula é de cerca de 0,001 mm.

As em todos os organismos, o DNA bacteriano contém as quatro bases nitrogenadas adenina (A), citosina (C), guanina (G), e timina (T). As regras de emparelhamento de bases para moléculas de DNA de dupla cadeia requerem que o número de bases de adenina e timina seja igual e que o número de bases de citosina e guanina também seja igual. A relação entre o número de pares de bases G e C e o número de pares de bases A e T é um indicador importante das mudanças genéticas evolutivas e adaptativas dentro de um organismo. A proporção, ou razão molar, de G + C pode ser medida como G + C dividida pela soma de todas as bases (A + T + G + C) multiplicada por 100 por cento. A medida em que a razão G + C varia entre os organismos pode ser considerável. Em plantas e animais, a proporção de G + C é cerca de 50 por cento. Uma gama muito maior na proporção de G + C é vista em procariotas, estendendo-se de cerca de 25% na maioria dos Mycoplasma para cerca de 50% em E. coli para quase 75% em Micrococcus, actinomicetos e mixobactérias frutificantes. O conteúdo de G + C dentro de uma espécie em um único gênero, no entanto, é muito semelhante.