可以通過兩個途徑即堿基結構類似物的參入和誘變劑或射線引起的化學變化來進行。
① 類似物的參入 5-溴尿嘧啶(BU)是胸腺嘧啶的結構類似物。它只是在第5位碳原子上以溴原子代替了胸腺嘧啶的甲基(─GH3),并且因此更易以烯醇式出現。
大腸桿菌在含有BU的培養基中培養后,細菌的 DNA中的一部分胸腺嘧啶被BU所取代,并且最后在培養物中可以發現有少數突變型細菌出現,取代BU的量愈大則突變型愈多。突變型細菌在不含有BU的培養基中長久培養時,不改變它的突變型性狀,可是把突變型細菌在含有BU的培養基中培養后,又可以發現少數由于發生回復突變而出現的野生型細菌。
BU的誘變作用可以表示。首先在DNA復制過程中酮式的BU代替了胸腺嘧啶T而使A:T堿基對變為A:BU,在下一次DNA復制中烯醇式的BU*和鳥嘌呤G配對而出現G∶BU堿基對,最后在又一次復制中鳥嘌呤G和胞嘧啶C配對而終于出現G:C堿基對,完成了堿基的置換。這里BU所起的作用是促成這一置換,起促成作用的原因是由于嘧啶的 5位上溴原子代替了甲基后便較多地出現烯醇式的嘧啶。
2-氨基嘌呤等其他堿基結構類似物同樣具有誘變作用。
②藥物或射線引起的化學變化 亞硝酸能夠作用于腺嘌呤(A)的氨基而使它變為次黃嘌呤(HX);可以作用于胞嘧啶(c)而使它變為尿嘧啶(U)。這兩種氨基到酮基的變化帶來堿基配對關系的改變,從而通過 DNA復制而造成A∶T→G∶C或者 G∶C→A∶T置換。
羥胺只和胞嘧啶發生專一性的反應,所以它幾乎只誘發置換G∶C→A∶T而不誘發A∶T→G∶C置換。此外,pH值低或高溫都可以促使DNA分子失去堿基特別是嘌呤,導致堿基置換。
紫外線的照射使 DNA分子上鄰接的堿基形成二聚體,主要是胸腺嘧啶二聚體T-T。二聚體的形成使DNA雙鏈呈現不正常的構型(見DNA損傷修復),從而帶來致死效應或者導致基因突變,其中包括多種類型的堿基置換。