嘧啶二聚体（pyrimidine dimer，简称PD），是DNA或RNA中的相邻碱基，如胞嘧啶及胸腺嘧啶，在紫外线的诱导下进行光化学合成，于C=C碳双键生成共价键而形成的一种化合物，是突变产生的原因之一。 在双链RNA中，紫外线也可能导致脲嘧啶二聚体生成。紫外线二聚体的常见例子包括环丁烷嘧啶二聚体及6-4光产物。它们改变了DNA原有结构，令聚合酶无法正常运作，DNA无法复制。嘧啶二聚体可通过光致活作用或核苷酸切除修复的作用来修复。如果最终无法修复，可引致突变。

环丁烷嘧啶二聚体(CPD)由嘧啶的C=C双键的偶联反应所生成，共有四个环。 它们影响了DNA复制时的碱基配对，导致突变。

6-4光产物又称6,4嘧啶-嘧啶酮。它的生成率只有环丁烷嘧啶二聚体的三分之一，但有更大可能引发突变。孢子光产物溶酶为修复胸腺嘧啶二聚体的另一途径。

跨损伤聚合酶常令嘧啶二聚体转化为突变。这种反应于原核生物（SOS反应）及真核生物中都存在。虽然胸腺嘧啶二聚体是在紫外线损伤中较为常见，但因跨损伤聚合酶较常以腺嘌呤修复DNA，故胸腺嘧啶二聚体通常能正确修复。反之，环丁烷型嘧啶二聚体中的胞嘧啶则易受脱氨作用攻击，转化为胸腺嘧啶。

嘧啶二聚体会导致DNA的局部构象改变，故可被修复酶察觉。在绝大部分的生物中，损害亦可借由光致活作用修复，但诸如人类的胎盘动物则无此机制。光致活作用中，光裂合酶将环丁烷嘧啶二聚体直接以光化学作用还原。修复酶察觉损伤后，会吸收波长>300 nm的光线（即荧光及紫外光），令光化学作用产生，将二聚体还原。

核苷酸切除修复则是更通用的DNA维修方式。在这过程中，环丁烷嘧啶二聚体被切除，并合成新的DNA来填补该区域。着色性干皮症正是因患者无法进行核苷酸切除修复而导致的遗传病，患者皮肤细胞被紫外光破坏后无法修复，导致皮肤变色及诱发癌变。人类中，没有修复的嘧啶二聚体可引致黑色素瘤。