Con il termine denaturazione s'intende il processo fisico o chimico che porta alla rottura dei legami deboli all'interno di proteine e della doppia elica del DNA.
La denaturazione del DNA comporta la separazione dei due filamenti che compongono la doppia elica, mentre la denaturazione delle proteine comporta la perdita delle strutture terziarie e quaternarie, cioè della forma tridimensionale e dell'interazione fra le varie subunità proteiche, nel caso di proteine formate da più polipeptidi.
La denaturazione può essere ottenuta facilmente con le alte temperature (oltre i 90°C per il DNA, intorno ai 60°C, ma anche meno, per le proteine).
Se la temperatura viene gradualmente portata a valori inferiori il DNA è in grado di rinaturarsi, cioè di ricostruire le interazioni per formare nuovamente una doppia elica.
Un altro metodo per denaturare è quello di utilizzare delle soluzioni con pH inferiore a tre o superiore a dieci.