DNA变性是指核酸双螺旋碱基对的氢键断裂，碱基间的堆积力遭到破坏，双链变成单链，使核酸的天然构象和性质发生改变，但不涉及其一级结构的改变。

凡能破坏双螺旋稳定的因素（如加热、极端的pH、有机试剂如甲醇、乙醇、尿素及甲酰胺等)均可引起核酸分子变性。

变性后的DNA常发生一些理化及生物学性质的改变：①溶液黏度降低。DNA双螺旋是紧密的刚性结构，变性后则是柔软而松散的无规则单股线性结构，DNA黏度因此而明显下降。②溶液旋光性发生改变。变性后整个DNA分子的对称性及分子局部的构象改变，使DNA溶液的旋光性发生变化。③增色效应。

DNA变性用于检测两个不同的DNA序列之间之序列差异。将DNA加热和变性成单链状态，并将该混合物冷却使可以重新进行杂交。杂交分子的相似序列中如果互补序列有差异，则会导致碱基配对中断。在基因组范围中，该方法已被用于估算两物种之间遗传距离的研究，称为DNA-DNA杂交。在其中的单个分区的DNA，变性梯度凝胶和温度梯度凝胶可用于检测此两个序列，此法称为温度梯度凝胶电泳，为表现较小差异时使用的方法。