PNA 分子具有电中性、非手性等属性 , 分子中三级酰胺旋转能阈与肽键相近 , 在溶液中呈单一构象 , 碱基堆积力是维持构象的主要因素 , 因此 PNA 在与核酸杂交时避免了静电斥力使形成的复合物更加稳定。把同样碱基序列的 PNA 2 DNA 与 DNA 2 DNA 双链相比 ,双链每增加一个碱基 , Tm 将会提高 1 ℃ ( 在 100mmol NaCl 中 15-mer PNA-DNA , T m 69 ℃ , 15-mer DNA-DNA , T m 54 ℃),这种稳定性增加是由于 PNA-DNA 的中性骨架之间排斥力小及空间结构易于配对所致 , 进一步研究表明 , PNA-RNA 杂交的 T m 值较 PNA-DNA 杂交值高 , 而且与相同序列PNA-DNA 相比 PNA-PNA 双链结合速率更快,解离速率相对慢 , 因此 PNA 与 DNA 、 RNA 、 PNA合杂交稳定性依次为 : PNA-PNA > PNA-RNA >PNA-DNA > DNA-DNA 。

PNA-DNA 杂交结合强度不过分依赖于盐浓度 , 在低浓度盐离子强度与没有Mg2+条件下, PNA都能与序列 DNA 分子杂交,其解链温度较高,而同样条件下 DNA-DNA 杂交分子的稳定性较差,它受介质盐浓度的影响很大。在 10 mmol磷酸缓冲液中,NaCl浓度为0mmol时,15-merPNA 与互补的15-merDNA 结合的Tm为72 ℃,而同样序列的DNA 杂交时Tm值为 38 ℃,在 NaCl 浓度为 140mmol, PNA-DNA杂交的仍为72℃,而 DNA-DNA杂交的 T m 变为 56 ℃。

PNA常与靶基因形成三股螺旋结构发挥作用。若靶基因为同聚嘌呤序列,则含纯嘧啶碱基的PNAs与双链 DNA 中同聚嘌呤序列互补,形成极为稳定的(PNA)2-DNA 三链分子, 亦可同互补的 RNA 链形成高热稳定性的 (PNA)2-RNA 三链分子 (Tm>70℃),进一步研究发现 : PNA 是以平行或反平行的双螺旋方式与核酸结合 , PNA 与DNA ( 或 RNA ) 形成的复合物倾向于反平行结合 ,而形成的三螺旋倾向于平行结合,且两种结合方式都得到非常稳定的复合物。