ピリミジンは二つのメタ -窒素原子を含有する六員芳香族複素環化合物であり，ピリミジン中で共役二重結合を有するため特別な紫外線光スペクトルを備える。ピリミジンは無色の結晶であり，その融点が22℃であり，水に溶解しやすく，そのアルカリ性がピリジンより弱く，求電子置換反応もピリジンより発生しにくい。しかし求核置換が発生しやすく，ピリミジン誘導体は自然界に広く存在する。例えばビタミンB1、ウラシル、シトシン及びチミンはいずれもピリミジン構造を含有する。
核酸中でいくつかの重要なピリミジン誘導体を含有し，それらは核酸中の重要な塩基である。
DNA中で主にシトシンとチミンを含有し，RNA中で主にシトシンとウラシルを含有し，またある核酸中で少量のピリミジン系修飾塩基を含有し，例えば：
ピリミジン塩基系ヌクレオチドの一つの化学成分は，炭素、窒素、水素、酸素等の元素によって構成される。ピリミジン塩基はウラシル、シトシン及びチミンを含み，そのうちウラシルとシトシンはリボ核酸分子中の塩基を構成し，チミンとシトシンはデオキシリボ核酸分子中の塩基を構成する。ピリミジン塩基は波長が250～280nmの紫外線光に対して強い吸収作用を有する。ピリミジン塩基を合成する原料はカルバモイルリン酸及びアスパラギン酸に由来し，それは代謝分解を経て二酸化炭素、β-アラニン及びβ-アミノイソ酪酸等の物質を生成する。ある患者は先天性要因又はある薬物を飲んだため，ピリミジン塩基の代謝障害が発生し，オロチア酸尿症を引き起こす。