所有DNA功能都取決于其與特定蛋白質的相互作用。這些相互作用可以是非特異性的，也可以是極其特異性的。還有許多可以結合DNA的酶，其中，在DNA轉錄和復制中復制DNA序列的聚合酶特別重要。
DNA與組織蛋白的交互作用，這種蛋白質中的堿性氨基酸，可與DNA上的酸性磷酸基團結合。
結合DNA的蛋白質
結構蛋白可與DNA結合，是非專一性DNA-蛋白質交互作用的常見例子。染色體中的結構蛋白與DNA組合成復合物，使DNA組織成緊密結實的染色質構造。對真核生物來說，染色質是由脫DNA與一種稱為組織蛋白的小型堿性蛋白質所組合而成；而原核生物體內的此種結構，則摻雜了多種類型的蛋白質。
DNA可在組織蛋白的表面上附著并纏繞整整兩圈，以形成一種稱為核小體的盤狀復合物。組織蛋白里的堿性殘基，與DNA的酸性糖磷酸骨架之間可形成離子鍵，使兩者發生非專一性交互作用，也使復合物中的堿基序列相互分離。
在堿性氨基酸殘基上所發生的化學修飾有甲基化、磷酸化與乙酰化等，這些化學作用可使DNA與組織蛋白之間的作用強度發生變化，進而使DNA與轉錄因子接觸的難易度改變，影響轉錄作用的速率。其他位于染色體內的非專一性DNA結合蛋白，還包括一種能優先與DNA結合，并使其扭曲的高移動性群蛋白。這類蛋白質可以改變核小體的排列方式，產生更復雜的染色質結構。
DNA結合蛋白中有一種專門與單鏈DNA結合的類型，稱為單鏈DNA結合蛋白。人類的復制蛋白A是此類蛋白中獲得較多研究的成員，作用于多數與解開雙螺旋有關的過程，包括DNA復制、重組以及DNA修復。這類結合蛋白可固定單鏈DNA，使其變得較為穩定，以避免形成莖環（stem-loop），或是因為核酸酶的作用而水解。
相對而言，其他的蛋白質則只能與特定的DNA序列進行專一性結合。大多數關于此類蛋白質的研究集中于各種可調控轉錄作用的轉錄因子。這類蛋白質中的每一種，都能與特定的DNA序列結合，進而活化或抑制位于啟動子附近序列的基因轉錄作用。轉錄因子有兩種作用方式，第一種可以直接或經由其他中介蛋白質的作用，而與負責轉錄的RNA聚合酶結合，再使聚合酶與啟動子結合，并開啟轉錄作用。第二種則與專門修飾組織蛋白的酵素結合于啟動子上，使DNA模板與聚合酶發生接觸的難度改變。
由于目標DNA可能散布在生物體中的整個基因組中，因此改變一種轉錄因子的活性可能會影響許多基因的運作。這些轉錄因子也因此經常成為信號傳遞過程中的作用目標，也就是作為細胞反映環境改變，或是進行分化和發育時的媒介。具專一性的轉錄因子會與DNA發生交互作用，使DNA堿基的周圍產生許多接觸點，讓其他蛋白質得以“讀取"這些DNA序列。多數的堿基交互作用發生在大凹槽，也就是最容易從外界接觸堿基的部位。
結合DNA的酶
核酸酶和連接酶：核酸酶是能夠切割DNA鏈的酶，因為它們催化磷酸二酯鍵的水解。從位于DNA鏈末端的核苷酸開始水解DNA的核酸酶稱為核酸外切酶。另一方面，直接切入DNA鏈的那些是內切核酸酶。分子生物學中使用zuiguang泛的核酸酶，稱為限制性內切酶，以切割特定序列的DNA。在自然界中，這種酶通過在進入細菌細胞時消化噬菌體DNA來保護細菌免受噬菌體感染。通常，限制性核酸酶識別特定的回文核苷酸序列，稱為限制性位點。這些酶廣泛用于涉及在載體內亞克隆DNA的技術中。
DNA連接酶：是能夠使用來自ATP或NAD的化學能將先前切割或斷裂的DNA鏈聚集在一起的酶。連接酶在DNA滯后鏈復制中特別重要，因為它們將岡崎碎片組合成DNA鏈。連接酶在DNA修復和基因重組中也發揮重要作用。
拓撲異構酶和解旋酶： 拓撲異構酶是具有活性核酸酶和連接酶的酶。這些酶能夠改變DNA的拓撲特性。它們中的一些通過切割DNA螺旋并允許其旋轉，降低其超螺旋程度，然后通過連接酶將兩端連接。另一方面，其它拓撲異構酶能夠在連接斷裂的DNA鏈之前，切斷螺旋，并允許第二個螺旋通過斷裂部位。拓撲異構酶是許多涉及DNA的過程所必需的，例如DNA復制和轉錄。解旋酶是能夠利用核苷三磷酸中存在的化學能的蛋白質，尤其是ATP，以破壞核堿基之間形成的氫鍵，從而允許DNA的雙螺旋打開成單鏈。
聚合酶：聚合酶是從核苷三磷酸合成多核苷酸鏈的酶。它們通過向鏈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復制需要DNA依賴的DNA聚合酶，實現DNA序列的wanmei拷貝。有些DNA聚合酶具有校對功能，能夠檢測含氮堿基之間的錯配錯誤并激活3'或5'外切核酸酶作用以去除不正確的堿基 。 在大多數生物體中，DNA聚合酶在稱為replisoma的較大蛋白質復合物中起作用，該復合體由許多酶例如解旋酶組成。 RNA依賴的DNA聚合酶是使用RNA片段作為模板合成DNA的特殊類聚合酶，包括逆轉錄酶（一種參與逆轉錄病毒感染的病毒酶）和端粒酶（它是端粒復制所必需的）。 與DNA依賴性DNA聚合酶一樣，這些RNA依賴的DNA聚合酶也在由輔助分子和調節分子組成的廣泛蛋白質復合物中起作用。
