Alexander Todd était un pionnier de la recherche sur les acides nucléiques. Il étudia en particulier la formation et la synthèse des nucléotides. Ses premières explications de structures dans ce domaine datent de 1942, année durant laquelle il réussit à décoder certains détails de la formation et des mécanismes de réactions. Au début des années 1950, il put synthétiser artificiellement certains des nucléotides constituant l'ADN.
En 1955, il éclaira la structure de la vitamine B12 ; pour cela pour la première fois, on combina des méthodes de chimie organiques et la diffractométrie de rayons X. Il étudia également la formation de nucléotides-coenzymes, qui agissent comme enzymes de l'ADN.
Ses principales contributions furent certainement les explications de la structure de l'ADN et de l'acide ribonucléique (ARN), avec lesquelles il posa les bases de la génétique, de la biochimie et de la biologie moléculaire modernes.