所有DNA功能都取决于其与特定蛋白质的相互作用。这些相互作用可以是非特异性的，也可以是极其特异性的。还有许多可以结合DNA的酶，其中，在DNA转录和复制中复制DNA序列的聚合酶特别重要。

DNA与组织蛋白的交互作用，这种蛋白质中的碱性氨基酸，可与DNA上的酸性磷酸基团结合。

结合DNA的蛋白质

结构蛋白可与DNA结合，是非专一性DNA-蛋白质交互作用的常见例子。染色体中的结构蛋白与DNA组合成复合物，使DNA组织成紧密结实的染色质构造。对真核生物来说，染色质是由脱DNA与一种称为组织蛋白的小型碱性蛋白质所组合而成；而原核生物体内的此种结构，则掺杂了多种类型的蛋白质。

DNA可在组织蛋白的表面上附着并缠绕整整两圈，以形成一种称为核小体的盘状复合物。组织蛋白里的碱性残基，与DNA的酸性糖磷酸骨架之间可形成离子键，使两者发生非专一性交互作用，也使复合物中的碱基序列相互分离。

在碱性氨基酸残基上所发生的化学修饰有甲基化、磷酸化与乙酰化等，这些化学作用可使DNA与组织蛋白之间的作用强度发生变化，进而使DNA与转录因子接触的难易度改变，影响转录作用的速率。其他位于染色体内的非专一性DNA结合蛋白，还包括一种能优先与DNA结合，并使其扭曲的高移动性群蛋白。这类蛋白质可以改变核小体的排列方式，产生更复杂的染色质结构。

DNA结合蛋白中有一种专门与单链DNA结合的类型，称为单链DNA结合蛋白。人类的复制蛋白A是此类蛋白中获得较多研究的成员，作用于多数与解开双螺旋有关的过程，包括DNA复制、重组以及DNA修复。这类结合蛋白可固定单链DNA，使其变得较为稳定，以避免形成茎环（stem-loop），或是因为核酸酶的作用而水解。

相对而言，其他的蛋白质则只能与特定的DNA序列进行专一性结合。大多数关于此类蛋白质的研究集中于各种可调控转录作用的转录因子。这类蛋白质中的每一种，都能与特定的DNA序列结合，进而活化或抑制位于启动子附近序列的基因转录作用。转录因子有两种作用方式，第一种可以直接或经由其他中介蛋白质的作用，而与负责转录的RNA聚合酶结合，再使聚合酶与启动子结合，并开启转录作用。第二种则与专门修饰组织蛋白的酵素结合于启动子上，使DNA模板与聚合酶发生接触的难度改变。

由于目标DNA可能散布在生物体中的整个基因组中，因此改变一种转录因子的活性可能会影响许多基因的运作。这些转录因子也因此经常成为信号传递过程中的作用目标，也就是作为细胞反映环境改变，或是进行分化和发育时的媒介。具专一性的转录因子会与DNA发生交互作用，使DNA碱基的周围产生许多接触点，让其他蛋白质得以“读取”这些DNA序列。多数的碱基交互作用发生在大凹槽，也就是最容易从外界接触碱基的部位。

结合DNA的酶

核酸酶和连接酶：核酸酶是能够切割DNA链的酶，因为它们催化磷酸二酯键的水解。从位于DNA链末端的核苷酸开始水解DNA的核酸酶称为核酸外切酶。另一方面，直接切入DNA链的那些是内切核酸酶。分子生物学中使用最广泛的核酸酶，称为限制性内切酶，以切割特定序列的DNA。在自然界中，这种酶通过在进入细菌细胞时消化噬菌体DNA来保护细菌免受噬菌体感染。通常，限制性核酸酶识别特定的回文核苷酸序列，称为限制性位点。这些酶广泛用于涉及在载体内亚克隆DNA的技术中。

DNA连接酶：是能够使用来自ATP或NAD的化学能将先前切割或断裂的DNA链聚集在一起的酶。连接酶在DNA滞后链复制中特别重要，因为它们将冈崎碎片组合成DNA链。连接酶在DNA修复和基因重组中也发挥重要作用。

拓扑异构酶和解旋酶： 拓扑异构酶是具有活性核酸酶和连接酶的酶。这些酶能够改变DNA的拓扑特性。它们中的一些通过切割DNA螺旋并允许其旋转，降低其超螺旋程度，然后通过连接酶将两端连接。另一方面，其它拓扑异构酶能够在连接断裂的DNA链之前，切断螺旋，并允许第二个螺旋通过断裂部位。拓扑异构酶是许多涉及DNA的过程所必需的，例如DNA复制和转录。解旋酶是能够利用核苷三磷酸中存在的化学能的蛋白质，尤其是ATP，以破坏核碱基之间形成的氢键，从而允许DNA的双螺旋打开成单链。

聚合酶：聚合酶是从核苷三磷酸合成多核苷酸链的酶。它们通过向链上存在的先前核苷酸的3'-OH添加核苷酸起作用。因此，所有聚合酶都以5' - 3'方向起作用。DNA复制需要DNA依赖的DNA聚合酶，实现DNA序列的完美拷贝。有些DNA聚合酶具有校对功能，能够检测含氮碱基之间的错配错误并激活3'或5'外切核酸酶作用以去除不正确的碱基 。 在大多数生物体中，DNA聚合酶在称为replisoma的较大蛋白质复合物中起作用，该复合体由许多酶例如解旋酶组成。 RNA依赖的DNA聚合酶是使用RNA片段作为模板合成DNA的特殊类聚合酶，包括逆转录酶（一种参与逆转录病毒感染的病毒酶）和端粒酶（它是端粒复制所必需的）。 与DNA依赖性DNA聚合酶一样，这些RNA依赖的DNA聚合酶也在由辅助分子和调节分子组成的广泛蛋白质复合物中起作用。