浩繁纷杂的生物尽管千差万别，但不论哪个种类，从最小的病毒到大型的哺乳动物，都毫无例外地能把自己的性状一代代地传承下去；而无论亲代与子代，还是在子代每个个体之间，又总会有些差别，即便是双胞胎也不例外。人们曾用“种瓜得瓜，种豆得豆”和“一母生九子，九子各别”的谚语，生动形象地概括了存在于一切生物中的这一自然现象，并为揭开遗传、变异之谜进行了不懈的努力。
17世纪末，就有人提出了“预成论”的观点，认为生物之所以能把自己的性状特征传给后代，主要是因为在性细胞（精子或卵细胞）中，预先包含着一个微小的新的个体雏形。精原论者认为，这种“微生体”存在于精子当中；而卵原论者则认为，这种“微生体”存在于卵子之中。
然而，这种观点很快就被事实所推翻。因为无论在精子还是卵子中，人们根本见不到这种“雏形”。取而代之的理论是德国胚胎学家沃尔夫提出的“渐成论”。他认为，生物体的任何组织和器官都是在个体发育过程中逐渐形成的。但遗传变异的操纵者究竟是何物？仍然是一个谜。
直到1865年，奥地利遗传学家孟德尔在阐述他所发现的分离法则和自由组合法则时，才第一次提出了“遗传因子”（后被称作为基因）的概念，并认为，这种“遗传因子”存在于细胞当中，是决定遗传性状的物质基础。
1909年，丹麦植物学家约翰逊用“基因”一词代替了孟德尔的“遗传因子”。从此，基因便被看做是生物性状的决定者、生物遗传变异的结构和功能的基本单位。
1926年，美国遗传学家摩尔根发表了著名的《基因论》。他和其他学者用大量实验证明，基因是组成染色体的遗传单位，它在染色体上占有一定的位置和空间，呈直线排列。这样，就使孟德尔提出的关于遗传因子的假说落到了具体的遗传物质——基因上，并为后来进一步研究基因结构和功能奠定了理论基础。
尽管如此，当时人们并不知道基因究竟是一种什么物质。直至20世纪40年代，当科学家搞清了核酸，特别是脱氧核糖核酸（简称DNA），是一切生物的遗传物质时，基因一词才有了确切的内容。
1951年，科学家在实验室里得到了DNA结晶。
1952年，得到DNAX射线衍射图谱，发现病毒DNA进入细菌细胞后，可以复制出病毒颗粒……在此期间，有两件事情是对DNA双螺旋结构发现起到了直接的促进作用：一是美国加州大学森格尔教授发现了蛋白质分子的螺旋结构，给人以重要启示；一是X射线衍射技术在生物大分子结构研究中得到有效应用，提供了决定性的实验依据。
正是在这种科学背景和研究条件下，美国科学家沃森与英国科学家克里克合作，通过大量X射线衍射材料的分析研究，提出了DNA的双螺旋结构模型，并由此建立了遗传密码和模板学说。
此后，科学家们围绕DNA的结构和作用继续开展研究，也取得了一系列的重大进展，并于1961年成功破译了遗传密码，以无可辩驳的科学依据证实了DNA双螺旋结构的正确性，从而使沃森、克里克同威尔金斯一道于1962年获得诺贝尔医学生理学奖。
尽管人类设计建筑与马路时都喜欢笔直的线条，但大自然的选择并不赞同，而更倾向于螺旋状的卷曲结构。小到决定生命形态的DNA结构，乃至关乎我们后天性状美丑的蛋白质结构，以及我们赖以生存的食物的主要组分淀粉等，无一例外都是螺旋结构。
生物的大分子DNA、蛋白质、淀粉、纤维素结构中，都存在着螺旋结构。而我们所熟知的遗传物质DNA，也是双螺旋结构，它包含着人体的遗传信息。在受精卵中，父系与母系的各一条链相结合，就诞生了综合二者信息的新的生命。不过，DNA最重要的结构是双螺旋结构，但也可能形成其他结构。当双螺旋体的一部分解开时，其中一条DNA链就可以折叠回去，形成了三螺旋或其他结构。
与DNA的双螺旋结构相比，蛋白质中的螺旋是由氨基酸经脱水组成的单链螺旋，蛋白质末端运动自由度较大，可以组成三圈螺旋，三圈螺旋还可以转变成折叠形状。从这种意义上来说，折叠是螺旋的一种特殊形式。
人体中的蛋白质就是螺旋与折叠结构复合而成的复杂结构。比如，人体中重要的蛋白质——胶原蛋白，就是由3条肽链拧成“草绳状”3股螺旋结构，其中每条肽链自身也是螺旋结构。我们知道，人体内有16%左右都是蛋白质，而胶原蛋白占体内蛋白质总量的30%～40%，主要存在于皮肤肌肉、骨骼、牙齿、内脏与眼睛等处。
除了遗传物质与蛋白质外，我们的主要食物淀粉的结构和所穿衣物（棉）中的主要成分棉纤维，也大多都是螺旋结构。
不仅生物大分子是螺旋的构型，有时整个生物体的形状或生物体的组成部分，也可能是螺旋体。我们熟悉的螺旋藻就是这样的一种生物，它的得名就是因为其形体在显微镜下观察时呈螺旋状的缘故。
螺旋藻是地球上最早出现的光合生物。研究表明，螺旋藻是所有已被发现的生物中营养成分最丰富、最全面、最均衡的海洋生物。它的细胞壁是由多糖类物质构成，极容易被人体所消化吸收，吸收率可达95%以上。此外，螺旋藻中还富含胡萝卜素、亚麻酸和亚油酸等活性物质，有清除血脂、疏通血管和保持血管弹性的作用，对防治心、脑血管疾病很有帮助。
寄居在人体胃内的幽门螺旋杆菌，也是因呈杆状、螺旋形而得名。胃液对许多细菌都具有强烈的杀伤力，但是对幽门螺旋杆菌却奈何不得。因为幽门螺旋杆菌是埋藏在胃壁表面的黏膜下方，可以分泌一种物质能中和周围环境中的强酸；而且，幽门螺旋杆菌很爱“挑衅”我们的免疫系统，常常会激怒免疫系统发动初步的无情攻击，导致发炎反应。因此，感染幽门螺旋杆菌的人常会出现没有症状的胃炎（即胃黏膜发炎）。人在进入中年之后，会很容易得这些病，这都是幽门螺旋杆菌的祸害所致。
除了上述这些生物体本身呈螺旋状外，有些生物还要借助螺旋形状来实现它们的独特功能。水黾就是这样一种生物，它会利用其腿部特殊的微纳米螺旋结构效应在水面上行动自如，即使在狂风暴雨和急速流动的水流中也不会沉没。这是因为这些取向的微米刚毛和螺旋状纳米沟槽的缝隙内，可以有效地吸附空气，在其表面形成一层稳定的气膜，阻碍水滴的浸润，从而表现出水黾腿的超疏水（即不浸水）特性。科学家在对水黾腿部的力学测量表明：仅仅一条腿在水面的最大支持力，就能达到其身体总重量的15倍。
由上面的叙说我们得知，大自然中几乎到处都存在着螺旋。而螺旋结构更是自然界最普遍的一种形状，许多在生物细胞中发现的微型结构都采用了这种构造。
那么，为什么大自然会如此偏爱这种结构呢？科学家对此给出了合理的解释。
美国宾州大学的兰德尔·卡缅教授指出，从本质上来说，在拥挤的细胞（如一个细胞里的DNA）中，非常长的分子聚成螺旋结构是一个比较合理的方式。而在细胞稠密而拥挤的环境中，长分子链经常采用规则的螺旋状构造。只所以有这样的构造，主要有2点好处：①可以让信息紧密地结合其中；②能够形成一个表面，允许其他微粒在一定的间隔处与它相结合。比如，DNA的双螺旋结构允许进行DNA转录和修复。
卡缅教授通过一个模型解释了这个问题：将一个可以随意变形、但不会断裂的管子浸入由硬的球体组成的混合物中，管子就如同一个存在于十分拥挤的细胞空间中的一个分子。观察发现，对于短小易变形的管子来说，U形结构的形成所需的能量最小，空间也最少；而它的U形结构，在几何学上与螺旋结构最为相近。
卡缅对此指出，分子中的螺旋结构是自然界能最佳地使用手中材料的一个例子。DNA由于受到细胞内的空间局限而采用双螺旋结构，就像是由于公寓空间局限而采用螺旋梯的设计一样。这就是生物大分子采取螺旋结构的合理的数学解释。然而至于为什么生物体也以螺旋结构的形状存在，原因还有待于进一步的研究。
