從物理和化學的角度來看，核酸堿基之所以會互補，根本原因是堿基是雜環芳香分子。堿基的芳香性保證了所有堿基雜環上的原子都是* * *平面，同壹條鏈上相鄰的兩個堿基之間會通過相互作用發生堿基堆積現象(也就是說所謂的堿基堆積力實際上是兩層芳香環之間電子雲的重疊)，這就保證了核酸雙鏈或多鏈結構中的堿基可以分層有序排列。雜環上高度電負性的氮和氧原子保證了堿基可以提供足夠的氫鍵供體和受體原子，使得同壹層的堿基之間可以形成兩個或多個氫鍵，使得同壹層的堿基能夠配對。事實上，堿基配對是非常多樣的。中學只教A-T C-G cis-watson-crick配對。然而，除了這種經典的配對形式之外，還有許多種非經典的配對形式。具體可參考@冷Yeo的知乎專欄。至於磷酸核糖骨架，不是決定核酸能否互補的關鍵。事實上，科學家已經嘗試對磷酸核糖骨架進行改性，使其面目全非(如肽核酸和蘇糖核酸)。假設有壹個阿拉伯糖核酸，除了五碳糖是阿拉伯糖，壹級結構和RNA壹樣。對其高級結構有什麽影響？)，還是可以堿基配對的。
RNA中的情況會復雜很多，先考慮DNA。似乎非常“巧合”的是，DNA中的堿基“恰好”由AT/CG互補配對主導，而其他形式則不受自由能支配。單純討論核酸配對自由能的本體論大概是沒有意義的，因為只能說明“生來如此”。我們簡單從新陳代謝和進化兩個方面來考慮吧。