這一階段是從50年代初到70年代初，以1953年Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結構模型作為現代分子生物學誕生的里程碑開創了分子遺傳學基本理論建立和發展的黃金。DNA雙螺旋發現的最深刻意義在於：確立了核酸作為資訊分子的結構基礎；提出鹼基配對是核酸複製、遺傳資訊傳遞的基本方式；從而最後確定了核酸是遺傳的物質基礎，為認識核酸與蛋白質的關係及其生命中的作用打下了最重要的基礎。

在些期間的主要進展包括：

遺傳資訊傳遞中心法則的建立。

在發現DNA雙螺旋結構同時，Watson和Crick就提出DNA複製的可能模型。其後在1956年A。Kornbery首先發現DNA聚合酶；1958年Meselson及Stahl同位素標記和超速離心分離實驗為DNA半保留模型提出了證明；1968年Okazaki（岡畸）提出DNA不連續複製模型；1972年證實了DNA複製開始需要RNA作為引物；70年代初獲得DNA拓撲異構酶，並對真核DNA聚合酶特性做了分析研究；這些都逐漸完善了對DNA複製機理的認識。

在研究DNA複製將遺傳資訊傳給子代的同時，提出了RNA在遺傳資訊傳到蛋白質過程中起著中介作用的假說。1958年Weiss及Hurwitz等發現依賴於DNA的RNA聚合酶；1961年Hall和Spiege-lman用RNA-DNA雜增色證明mRNA與DNA序列互補；逐步闡明瞭RNA轉錄合成的機理。