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Las topoisomerasas (tipo I: EC 5.99.1.2, y tipo II: EC 5.99.1.3) son enzimas capaces de actuar sobre la topología del ADN, ya sea enredándolo para permitir que se almacene de manera más compacta o desenredándolo para que controle la síntesis de proteínas y para facilitar la replicación del mismo. Estas enzimas son necesarias debido a los inherentes problemas causados por la configuración estructural del ADN.
El ADN posee una estructura en forma de doble hélice en la cual dos hebras o cadenas de azúcar 2-desoxiribosa unidas por puentes hidrógeno se encuentran enrolladas una sobre la otra, con cuatro bases, adenina, timina, citosina y guanina apareadas y apiladas en el hueco central de esta hélice casi como los escalones en una escalera caracol, esta estructura permite conservar de manera hermosa y estable el material genético. Pero ya Watson y Crick habían notado que las dos hebras de ADN se encontraban enrolladas y retorcidas una sobre la otra, y que esto necesariamente requeriría de un mecanismo capaz de desarrollar y separar las hebras para permitir el acceso a la información almacenada.
Con la finalidad de solventar los problemas causados por esta configuración de doble hélice, las topoisomerasas son capaces de cortar y pegar ya sea una o dos de las hebras de azúcar fosfato que forman el armazón o esqueleto del ADN. Esta rotura selectiva permite al ADN desenmarañarse y desenrollarse para permitir el acceso de otras enzimas a la información contenida en su interior. Al final del proceso el ADN es restaurado a su configuración inicial. Y ya que el ADN enredado y desenredado poseen la misma composición química y los mismos enlaces organizados de la misma forma, las dos formas de ADN, la enredada y la desenredada, son isómeros que difieren sólo en su configuración global. De allí el nombre de las enzimas. Las topoisomerasas son enzimas isomerasas que actúan sobre la topología del ADN.1