Além da estrutura secundária da dupla hélice, o DNA assume uma conformação tridimensional denominada supertorcida, superenrolada ou super hélice. Essa estrutura é definida como o enrolamento da dupla hélice sobre si mesma. A superelicoidização altera acentuadamente a forma geral do DNA. Uma molécula de DNA superelicoidizada é mais compacta que uma molécula de DNA relaxada do mesmo comprimento. As estruturas de DNA superenroladas são estudadas em um ramo da Matemática denominado topologia. Uma propriedade topológica importante da molécula circular é o seu número de ligação que é igual ao número de vezes que um filamento de DNA gira para a direita ao redor do eixo da hélice quando o eixo é mantido em um plano. As moléculas que diferem apenas no número de ligação são isômeros topológicos (topoisômeros) uma da outra.