핵산(核酸, 영어: nucleic acid)은 알려져 있는 모든 생명체에 필수적인 생체고분자 또는 작은 생체분자이다. 핵산이라는 용어는 디옥시리보핵산(DNA)과 리보핵산(RNA)을 모두 포함한다. 핵산은 뉴클레오타이드 단위체로 구성되어 있으며, 뉴클레오타이드는 인산, 5탄당, 핵염기의 세 가지 구성 성분으로 이루어진 단위체이다. RNA의 5탄당은 리보스이며, DNA의 5탄당은 디옥시리보스이다.
핵산은 모든 생명체의 세포에서 유전 정보를 저장하고 전달하는 역할을 한다. 핵산은 세포의 기능 수행에 필요한 세포핵 내부와 외부의 정보를 전달하고 발현하는 기능을 하며, 궁극적으로 다음 세대의 자손에게 유전 정보를 전달한다. 암호화된 정보는 핵산의 염기서열을 통해 저장되고 전달된다.
RNA는 한 가닥의 폴리뉴클레오타이드로 구성되어 있고, DNA는 두 가닥의 폴리뉴클레오타이드가 결합해 오른나사 방향으로 꼬여 있는 이중 나선 구조를 이룬다. 핵염기인 아데닌, 구아닌, 사이토신은 DNA와 RNA에 공통적으로 존재하지만, 티민은 DNA에만, 유라실은 RNA에만 존재한다. DNA 상의 특정 염기서열인 유전자에 저장된 정보는 전사와 번역 과정을 통해 세포에서 발현될 수 있다.
역사적으로, 스위스의 의사이자 생물학자인 프리드리히 미셔는 1879년에 핵산(DNA)을 발견하고 이를 "뉴클레인(nuclein)"이라고 명명하였다. 1889년에 리하르트 알트만이 "핵산(nucleic acid)"이라는 용어를 만들었다. 1953년에 제임스 D. 왓슨과 프랜시스 크릭은 DNA의 이중 나선 구조를 밝혀냈다.
핵산이라는 용어는 생체고분자의 일원인 DNA와 RNA를 모두 포함하는 이름이며, 폴리뉴클레오타이드와 동의어로 쓰인다. 핵산은 세포핵 내에서 처음 발견되었고, 인산기의 존재와 관련이 있기 때문에 이렇게 명명되었다. 핵산은 진핵세포의 핵 안에서 처음 발견되었지만, 현재는 세균, 고균, 진핵생물(미토콘드리아, 엽록체에서도 발견됨)을 포함한 모든 생명체와 바이러스 및 바이로이드에서도 발견되는 것으로 알려져 있다.
핵산은 일반적으로 매우 큰 분자이다. 생물학적으로 잘 연구된 핵산 분자의 크기는 21개의 뉴클레오타이드로 구성된 소간섭 RNA에서부터 큰 염색체에 이르기까지 다양하다. 대부분의 경우 자연적으로 생성되는 DNA 분자는 이중 가닥이고, RNA 분자는 단일 가닥이다. 그러나 이중 가닥 RNA 게놈을 가진 바이러스나 단일 가닥 DNA 게놈을 가진 바이러스 등 예외도 존재한다.
핵산의 종류로는 디옥시리보핵산(DNA)과 리보핵산(RNA)이 대표적이다. DNA는 알려져 있는 모든 생물체의 발생과 기능에 사용되는 유전적 정보를 담고 있으며, RNA는 유전자의 유전 정보를 단백질의 아미노산 서열로 전환시키는 기능을 한다. RNA의 세 가지 일반적인 종류로는 전령 RNA(mRNA), 리보솜 RNA(rRNA), 운반 RNA(tRNA)가 있다. 또한 화학자들에 의해 설계되고 합성된 인공 핵산 유사체로는 펩타이드 핵산, 모르폴리노, 잠금 핵산, 글리콜 핵산, 트레오스 핵산 등이 있다.
핵산에 대한 연구는 현대 생물학과 의학 연구의 주요 부분을 차지하며, 게놈 연구, 법과학, 생명공학 기술, 제약 산업의 기반을 형성하고 있다.
