有些核酸中含有修饰碱基(或稀有碱基),这些碱基大多是在ATGC四种的不同部位甲基化(methylation)或进行其它的化学修饰而形成的衍生物。例如有些DNA分子中含有5-甲基胞嘧啶(m5C),5-羟甲基胞嘧啶(hm5C)。某些RNA分子中含有1-甲基腺嘌呤(m1A)、2,2-二甲基鸟嘌呤(m22G)和5,6-二氢尿嘧啶(DHU)等。DNA甲基化为正常发育所必需。正常细胞中DNA甲基化的功能包括转座因子的沉默、病毒序列的失活、染色体完整性的维持、X染色体失活、基因组印记及大量基因的转录调节等。一些研究还发现随着个体年龄的不同,DNA甲基化水平存在差异,提示个体的发育和衰老过程与DNA甲基化相关。 稀有碱基的来源是转录之后经过加工修饰形成的。 又称修饰碱基,这些碱基在核酸分子中含量比较少,但他们是天然存在不是人工合成的,是核酸形成后,进一步加工而成。修饰碱基,一般是在原有碱基的基础上,经甲基化、乙酰化、氢化、氟化以及硫化而成。如:5-甲基胞苷、5,6-双氢脲苷等。另外有一种比较特殊的的核苷:假尿嘧啶核苷是由于碱基与核糖连接方式的与众不同,即尿嘧啶5位碳与核苷形成的C-C糖苷键。tRNA中含有修饰碱基比较多。除主要碱基外,核酸中也有一些含量很少的稀有碱基。稀有碱基的结构多种多样,多半是主要碱基的甲基衍生物。tRNA往往含有较多的稀有碱基,有的tRNA含有的稀有碱基达到10%。