Z tego względu, aby wykorzystać oligonukleotydy do celów terapeutycznych, konieczne jest wprowadzenie modyfikacji, które zwiększają ich stabilność i lipofilowość.
Modyfikacje grupy fosforanowej Najczęściej stosowaną modyfikacją grupy fosforanowej oligonukleotydów jest zamiana jednego z niewiążących atomów tlenu na atom siarki, a zatem zastąpienie naturalnej reszty fosforanowej resztą tiofosforanową. Jeden z niemostkowych atomów tlenu zostaje wówczas zastąpiony atomem siarki, dzięki czemu odporność na degradację enzymatyczną wzrasta o kilka rzędów wielkości. Innymi modyfikkacjami wiązania internukleotydowego są metylofosfoniany (), boranofosfoniany (), amidofosforany () i in.
Modyfikacje w części cukrowej Przykładowe modyfikacje w pozycji 2', to grupy 2'-O-metylowa i 2'-O-metoksyetylowa.
Oligonukleotydy antysensowe Oligonukleotydy antysensowe (ASO, z ) są pojedynczymi nićmi DNA lub RNA, które są komplementarne do wybranej sekwencji mRNA. Po wytworzeniu dupleksów typu RNA-DNA, nić mRNA jest degradowana przez RNazę H, wstrzymując syntezę niepożądanego białka.