Comme l'ADN, ils sont constitués de triphosphate, d'un "sucre" et d'une base parmi quatre possibles (les fameuses ATCG). Chaque XNA peut s'assembler en longues séquences supportant l'information génétique. Ce qui les différencie, c'est l'élément sucre - il ne s'agit ni du ribose ni du désoxyribose de l'ADN et de l'ARN.