在X光衍射照片的基础上，综合DNA化学研究方面的资料，两位科学家沃森和克里克，沃森和克里克，特别是沃森，眼界更为宽广，从各专家处汲取所需，而得到了新的结果。沃森被称为“DNA之父”。
1928年4月6日，沃森出生于美国芝加哥。16岁就在芝加哥大学毕业，获动物学理学学士学位，在生物学方面开始显露才华。22岁时沃森来到英国剑桥大学的卡文迪什实验室，结识了已在这里工作的克里克，从此开始了两人传奇般的合作生涯。克里克于1916年6月8日生于英格兰的北安普敦，21岁在伦敦大学毕业。二战结束后，来到剑桥的卡文迪什实验室。
沃森和克里克构建DNA分子结构模型的工作始于1951年秋。他们仿照泡林构建蛋白质α螺旋模型的方法，根据结晶学的数据，用金属片按原子间键角与键长的比例搭配核苷酸。核苷酸（DNA中的核苷酸是脱氧核苷酸，为简单起见，以下简称核苷酸）是DNA的基本结构单位。核苷酸有A、T、G、C共4种。
1950年，生物化学家美国查伽夫报道了他对人、猪、牛、羊、细菌和酵母等不同生物DNA进行分析的结果。查伽夫的结果表明，虽然在不同生物的DNA之间，4种核苷酸的数量和相对比例很不相同，但无论哪种物质的DNA中，都有A=T和G=C，后来这种规律被称为DNA化学组成的“查伽夫法则”。1952年7月，查伽夫访问卡文迪什实验室时，向克里克详细解释了A∶T=G∶C=1∶1的法则。
1952年春，克里克的朋友，理论化学家格里菲斯通过计算表明，DNA的4种核苷酸中，A必须与T成键，G必须与C成键。这与查伽夫法则完全一致，以上这些工作，就成了沃森和克里克DNA分子模型中A-T配对、G-C配对结构的基础。1953年2月，威尔金斯将富兰克林1952年5月拍的一张非常清晰的DNA的X光衍射照片给沃森和克里克看，克里克很快发现，DNA是双螺旋的，而且构成双螺旋的两条单链走向相反。至此，DNA的骨架已经浮现。随后，泡林以前的同事多诺告诉沃森，A-T和G-C配对是靠氢键维系的。克里克提出，与糖-磷酸骨架垂直的碱基只有朝向骨架中心（而不是离开中心向外），才能保持稳定的氢键联系。2月28日，沃森用纸板做成4种碱基的模型，将纸板粘到骨架上朝向中心配对，克里克马上指出，只有两条单链的走向相反才能使碱基完善配对，这正好与X光衍射资料一致。完整的DNA分子结构模型完成于1953年3月7日。根据这个模型，DNA分子是一个双螺旋结构，每一个螺旋单位包含10对碱基，长度为34埃（1埃=10-10米）。螺旋直径为20埃。4月15日，沃森和克里克关于该模型的第一篇论文在《自然》杂志上发表。
DNA分子双螺旋结构模型的发现，是生物学史上的一座里程碑，它为DNA复制提供了构型上的解释，使人们对DNA作为基因的物质基础不再怀疑，并且奠定了分子遗传学的基础。DNA双螺旋模型在科学上的影响是深远的。