tRNA'nın benzersiz özelliklerinden biri, modifiye edilmiş bazların varlığıdır. Bazı tRNA'larda, modifiye edilmiş bazlar, moleküldeki toplam bazların yaklaşık %20'sini oluşturur. Hepsi birlikte, bu alışılmadık bazlar tRNA'yı RNazlar tarafından enzimatik bozunmaya karşı korur.
Bu kimyasal değişikliklerin her biri, transkripsiyon sonrası belirli bir enzim tarafından taşınır. Bu enzimlerin tümü benzersiz bir temele ve bölgeye özelliğe sahiptir. En yaygın kimyasal modifikasyon olan metilasyon, farklı pozisyonlarda Guanin'in metilasyonu için ayrılmış üç enzim ile en az dokuz farklı enzim tarafından taşınır.
Bu değiştirilmiş bazların yapısı ve konumu türe özgüdür. Bu nedenle, ökaryotlara veya prokaryotlara özgü birkaç baz vardır. Örneğin, Adenin tiyolasyonu yalnızca prokaryotlarda gözlenirken, sitozinin metilasyonu ökaryotlarla sınırlıdır. Genel olarak, ökaryotik tRNA'lar prokaryotlardan daha büyük ölçüde değiştirilir.
Modifikasyonların doğası değişiklik gösterse de, tRNA'nın bazı bölgeleri her zaman büyük ölçüde değiştirilir. Üç gövde ilmek bölgesinin her biri veya tRNA'nın “kolu'' benzersiz amaçlara hizmet eden modifiye edilmiş bazlara sahiptir. Adını nükleotidler, Timin, Psödouridin ve sitosin'den alan TΨC kolu, translasyon sırasında ribozom tarafından tanınır. Modifiye edilmiş pirimidin dihidroürasili içeren DHU veya D kolu, bir amino asidin tRNA'ya kovalent eklenmesini katalize eden aminoasil-tRNA sentetaz enzimi için bir tanıma bölgesi olarak hizmet eder. Antikodon döngüsü genellikle modifiye edilmiş bir Guanine olan bir Kinin tabanına sahiptir. Bu baz, mRNA üzerindeki kodon sekansıyla bir Wobble çifti oluşturur, yani Watson-Crick baz çifti kurallarına uymayan bir baz çifti oluşturur. Genellikle bir tRNA, kodonun üçüncü konumunda mRNA'yı daha “gevşek” bir şekilde bağlar. Bu, üçüncü kodon pozisyonunda Watson–Crick dışı baz eşleştirme veya Wobble bazlarının çeşitli türlerine izin verir. Kodonun üçüncü pozisyonuyla eşleşen antikodonun ilk pozisyonunda Kinin varlığının tRNA'nın translasyon doğruluğunu artırdığı gözlemlenmiştir.
