核苷酸是核糖核酸及脫氧核糖核酸的基本組成單位，是體內合成核酸的前身物。核苷酸隨著核酸分佈於生物體內各器官、組織、細胞的核及胞質中，並作為核酸的組成成分參與生物的遺傳、發育、生長等基本生命活動。生物體內還有相當數量以遊離形式存在的核苷酸。三磷酸腺苷在細胞能量代謝中起著主要的作用。體內的能量釋放及吸收主要是以產生及消耗三磷酸腺苷來體現的。此外，三磷酸尿苷、三磷酸胞苷及三磷酸鳥苷也是有些物質合成代謝中能量的來源。腺苷酸還是某些輔酶，如輔酶Ⅰ、Ⅱ及輔酶A等的組成成分。

在生物體內，核苷酸可由一些簡單的化合物合成。這些合成原料有天門冬氨酸、甘氨酸、谷氨醯胺、一碳單位及 CO2等。嘌呤核苷酸在體內分解代謝可產生尿酸，嘧啶核苷酸分解生成CO2、β－丙氨酸及β-氨基異丁酸等。嘌呤核苷酸及嘧啶核苷酸的代謝紊亂可引起臨床症狀（見嘌呤代謝紊亂、嘧啶代謝紊亂）。

核苷酸類化合物也有作為藥物用於臨床治療者，例如腫瘤化學治療中常用的5-氟尿嘧啶及6-巰基嘌呤等。

有些核苷酸分子中只有一個磷酸基，所以可稱為一磷酸核苷（NMP）。5"-核苷酸的磷酸基還可進一步磷酸化生成二磷酸核苷（NDP）及三磷酸核苷（NTP），其中磷酸之間是以高能鍵相連。脫氧核苷酸的情況也是如此。

體內還有一類環化核苷酸，即單核苷酸中磷酸部分與核糖中第三位和第五位碳原子同時脫水縮合形成一個環狀二酯、即3"，5"-環化核苷酸，重要的有3"，5"-環腺苷酸(cAMP）和3"，5"-環鳥苷酸(cGMP）。