Od konca 1930, pokiaľ nebude polovici 1940, Todd skúmané nukleotidy a nukleozidy, zlúčeniny, z ktorých sú nukleovej kyseliny deoxyribonukleovej kyseliny (DNA) a ribonukleová kyselina (RNA) sú postavené. Tieto nukleové kyseliny sú komplexné molekuly nájdené vo všetkých živých bunkách. DNA sa vyskytuje prevažne v jadre buniek, a RNA môžu byť nájdené v celej bunke. DNA je dedičný materiál organizmu. Krátke úseky DNA nazýva génov stanovenie charakteristík organizmu.
Todd objavil, že nukleotidy boli vytvorené molekúl cukru a fosfátových skupín, ktoré samy pripojené k štyrom známych chemických báz DNA-adenínu, guanínu, tymínu a cytozín. Toddův práce v tejto oblasti pripravila cestu pre model DNA navrhnutý americký biológ James Dewey Watson a britský biológ Francis Crick HC. Watson a Crick vymyslel model molekulárnej štruktúry DNA v 1953. Navrhli, že molekula DNA sa skladá z dvoch reťazcov polynukleotidov usporiadaných do dvojitej špirály (špirály). Polynukleotidové reťazce fosfátov a cukry vytvárajú strany rebríka. Zodpovedajúce bázy, tzv párov báz, sú priečky, ktoré držia pohromade reťazami. Oba reťazce sú držané pohromade slabými chemickými väzbami medzi špecifickými pármi báz. Napríklad, adenín base na jednej polynukleotidového reťazca vždy viaže s tymínu základne na druhom reťazci. Podobne, guanín na jednom reťazci vždy dlhopisov s cytozín na druhom reťazci. Molekula DNA vyzerá ako skrútený lanového rebríku.
RNA je podobnú štruktúru DNA. Podobne ako DNA, RNA sa skladá z dlhých reťazcov nukleotidových jednotiek. Avšak, cukor v RNA je ribóza, skôr než deoxyribose, a bázy sú adenín, guanín, cytozín, uracil, a skôr než tymín. RNA hrá dôležitú úlohu pri tvorbe proteínov.
Todd tiež syntetizované tri dôležité zlúčeniny-adenosintrifosfát, flavínadeníndinukleotid, a uridintrifosfát-v rokoch 1949 a 1954. adenozíntrifosfátu (ATP), je zlúčenina adenozínu a tri fosfátové skupiny. Odstránenie fosfátových uvoľňuje veľké množstvo energie, ktoré sa používajú pre biologické reakcie, napríklad, vo svalovej kontrakcie a metabolizmu cukrov.
flavínadeníndinukleotid (FAD) hrá úlohu v rozdelení molekúl glukózy, dôležitým krokom v aeróbnom metabolizme. Uridintrifosfát (UTP) je nukleotid, ktorý hrá úlohu v RNA a v metabolizme cukrov.
Toddův ďalšie práce zahŕňala skúman
