ساختار tRNA ها طرح برگ شبدری است. ویژگی این طرح در وجود حلقه هایی است که به وسیله ساقه های (بازوهای) کوتاهی از یکدیگر جدا شده اند. این بازوها نواحی دو زنجیره ای و مارپیچی اند که هر یک 4 تا 7 جفت بازمکمل دارند که با پیوندهای هیدروژنی به هم
پیوسته اند. اجزای اصلی این ساختار برگ شبدری به شرح زیر است:

1- بازوی آمینواسیل یا پایانه پذیرندهCCA   که اسید امینه اختصاصی را به خود می گیرد.

2- بازوی پزودویوریدین یا بازوی T که روی بخش حلقه ای خود ( حلقه T ) دارای ترتیب CG  T است که هنگام سنتز پروتئین به ناحیه مکمل خود در RNA ریبوزومی s5 متصلمی شود، به دلیل وجود پزودویوریدین (ریبوز با کربن َ5 به باز متصل شده، نشانه )، این بازو را بازوی پزودویوریدین نامند.

3- بازوی ضدرمز ( آنتی کدون) وجود دارد که ترتیب مکمل آن (رمز – کدون) روی بخشی از مولکول mRNA قرار دارد و هنگام ساخت پروتئین، نوکلئوتیدهای رمز و ضد رمز با واسطه بازهای خود و به کمک پیوندهای هیدروژنی به هم متصل می شوند. این پیوندها خواندن پیام (رمز) ژنتیکی را امکان پذیر می سازند.

4- بازوی دی هیدرویوریدین (DHU) یا بازوی D که در بخش حلقه ای خود (حلقه D) دارای دی هیدرویوریدین است. نقش این باز بسیار مهم و شناسایی آمینواسیل - tRNA سنتتاز اختصاصی است که برای اتصال اسید امینه به tRNA ضرورت دارد.

یکی از دلایل تغییر تعداد نوکلئوتیدها در انواع tRNA ها امکان وجود نوکلئوتیدهای تکراری بین نوکلئوتیدهای شماره 17 تا 21 است که عملاً بر روی حلقه D  قرار می گیرند و آنها را با اعداد اعشاری مثل 1/17، 2/17...، 18، 1/18، 2/18 و ... نشان می دهند.

از عوامل دیگر مؤثر در تغییر تعداد نوکلئوتیدها امکان وجود ناحیه تغییرپذیر (بازوی متغیر) است که در صورت وجود در محل بین بازوی T و بازوی ضدرمز (آنتی کدون) قرار دارد و تعداد نوکلئوتیدهایش به میزان وسیعی در tRNA ها متفاوت است.

ساختار سوم tRNA ها :

بررسی هایی که به کمک پراش پرتوهای ایکس انجام شده است امکان شناسایی ساختار سوم  tRNAها را به دست داده است. tRNA دارای شکل فضایی پیچیده ای است که در آن بازوهای جانبی بیشتر حالت بسته ای دارند. مولکول tRNA ، شکل L به خود می گیرد. بازوی ضد رمز یک سر و بازوی پذیرنده (آمینواسیل) سر دیگر L  را اشغال می کنند؛ حلقه های D و T به وسیله پیوندهای هیدروژنی به یکدیگر پیوسته اند و گوشه L را تشکیل می دهند. همه tRNA ها این ویژگی مشترک را در ساختمان سوم خود دارند. شکل فعال (عمل کننده) tRNA ها ساختمان سوم این مولکول ها می باشد.