在分子生物学的探讨中，DNA损伤与修复是一个关键主题，它涉及DNA结构的改变和可能引发突变的过程。DNA损伤并非等同于突变，特别是当损伤具有遗传毒性时，它能导致基因组的不稳定。DNA损伤种类繁多，包括由烷基化修饰引发的、紫外线或高能射线导致的结构破坏。

DNA损伤的直接修复机制包括光复活和烷基化碱基的直接修复。光复活主要在某些生物体中通过特定的酶进行，而烷基转移酶则能直接移除烷基，但可能牺牲自身活性。切除修复是DNA损伤最常见的修复方式，涉及碱基切除修复（如DNA糖基化酶识别并移除损伤碱基）和核苷酸切除修复，后者在全基因组和转录偶联两种途径中发挥作用。

真核生物处理双链断裂的方式包括同源重组和非同源末端连接。同源重组利用基因组的同源序列进行修复，而非同源末端连接则不依赖精确的配对。错配修复则是识别并纠正复制错误的重要步骤，真核生物识别旧链和新链的机制仍在研究中。

当损伤不能直接修复时，细胞会启动损伤旁路机制，如重组修复和易错旁路。后者允许在无法正常读取损伤区域时完成复制，但可能导致错误的DNA序列。