DNA最早在运算上应用，是解决了一个属于NP完全的小型直接汉弥尔顿路径问题。DNA可作为“软件”，将讯息写成核苷酸序列;并以酵素或其他分子作为“硬件”进行读取或修饰。举例来说，作为硬件的限制酶FokI可以搭载一段具有软件功能的GGATG序列DNA，再以其他的DNA片段进行输入，并与软硬件复合物产生反应，最后输出另一段DNA。这种类似图灵机的装置可应用于药物治疗。此外DNA运算在能源消耗、空间需求以及效率上优于电子电脑，且DNA运算为具有高度平行(见平行运算)的计算方式。许多其他问题，包括多种抽象机器的模拟、布尔可满足性问题，以及有界形式的旅行推销员问题，皆曾利用DNA运算做过分析。由于小巧紧密的特性，DNA也成为密码学理论的一部分，尤其在于能够利用DNA有效地建构并使用无法破解的一次性密码本。