由于DNA一般是以雙螺旋形式存在，因此較難將這些長鏈分開。但為了要讓某些酵素能夠參與轉錄作用或DNA復制，必須先由螺旋酶將兩股DNA分離。在復制完成之后，兩股環狀DNA會產生拓撲學相連（形狀上聯成一體，但實際上沒有化學鍵相接）的現象，或稱紐結。
當特定的DNA環以不同程度的扭轉形式存在時，稱為拓樸異構物，除非打斷DNA鏈，否則無法經由任何方式相互轉變。而拓撲異構酶就是負責催化并引導一些化學反應，以使DNA的紐結狀態得以解除。此外當病毒DNA插入染色體時，或是在其他型態的重組現象中，也可能會有拓撲異構酶的參與。