核酸二级结构（英语：Nucleic acid secondary structure）是单个核酸聚合物内或两个聚合物之间的碱基对相互作用。它可以被表示为在核酸分子中配对的碱基的一个列表。 生物DNA的和RNA的二级结构往往有所不同：生物DNA主要以完全碱基配对的双螺旋的形式存在，而生物RNA是单链的，并且由于来自核糖中额外的羟基增加的形成氢键的能力而形成错综复杂的碱基配对相互作用。
在非生物学背景下，由于碱基对的模式最终决定了分子的整体结构，因此二级结构对于DNA纳米技术和DNA运算的核酸结构的核酸设计（英语：Nucleic acid design）至关重要。
核酸二级结构通常分为螺旋（连续碱基对）和各种环（螺旋包围未配对的核苷酸）。 通常将这些元素或它们的组合进一步分类为其他类别，包括例如四元环（英语：Tetraloop）(Tetraloop)，假结结构和茎环。
双股螺旋是核酸分子中重要的核酸三级结构，与分子的二级结构紧密相连。双股螺旋由许多连续碱基对的区域形成。
核酸双螺旋是螺旋聚合物，通常是右旋的，含有两个碱基对配对的核苷酸链。单螺旋圈构成约十个核苷酸，并且包含大沟和小沟，大沟比小沟宽。鉴于大沟和小沟宽度的差异，许多与DNA结合的蛋白质（英语：DNA-binding protein）通过侵入较宽的大沟来实现。对于DNA而言，许多双螺旋形式在理论上是可能的，三种生物中存在的形式是A-DNA，B-DNA和Z-DNA，而RNA双链只能形成与A形DNA相似的A形双螺结构旋。
核酸分子的二级结构通常可以独特地分解成茎(stem)和环(loop)。 茎环结构（通常也称为“发夹(hairpin)”），其中碱基配对的螺旋终止于短的不配对环中，是非常常见的，并且是用于较大结构基序如三叶草结构的构建模块，是四个螺旋结的连接，如转运RNA中被发现的那些。 内部环（较长的配对螺旋中的一系列不配对的碱基）和突起（螺旋的一条链具有“额外”插入的碱基而在相对链中没有对应物的区域）也是常见的。
一个假结结构是含有至少两个茎环结构的核酸二级结构，其中一个茎的一半嵌入另一茎的两半之间。假结结构折叠成节状三维构象，但不是真正的拓扑结。 假结构中的碱基对不能很好地嵌套; 也就是说，碱基对出现在序列位置上彼此“重叠”。这使得核酸序列中一般假结的出现无法通过动态规划的标准方法来预测，该方法使用递归评分系统来识别配对的茎，并因此不能使用常用算法检测非嵌套碱基对。 然而，使用修改后的动态程序可以预测（英语：Nucleic acid structure prediction） 有限的假结点的子类。 较新的结构预测技术，如随机上下文无关文法也无法考虑假结结构。
