Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) wurde entwickelt, um das System der DNA-Replikation zu imitieren. Allerdings soll dabei meistens nur ein bestimmter Abschnitt repliziert werden. Das Ziel ist also die Vervielfältigung eines bestimmten DNA-Abschnittes. Die Voraussetzung dafür ist, dass dieser Abschnitt bekannt ist. Man unterscheidet drei Phasen, welche immer und immer wieder nacheinander ablaufen.

1. Denaturierung: Die DNA wird bei ca. 95 °C denaturiert. Das bedeutet, der Doppelstrang wird in zwei Einzelstränge getrennt, da sich die Wasserstoffbrückenbindungen der Basen lösen.
2. Hybridisierung: Nun wird das Ganze auf etwa 55 °C abgekühlt. Bei dieser Temperatur können die zuvor hinzugefügten Primer am besten binden. Man benötigt zwei Primer, die sich an die Zielsequenz anheften und dadurch die Anknüpfung der Taq-Polymerase ermöglichen. Dafür müssen sie gegenläufig arbeiten und so die zu replizierende DNA-Sequenz eingrenzen. Jetzt wird klar, wieso man die Sequenz zuvor kennen muss, da man sonst nicht die passenden Primer herstellen kann.
3. Polymerisierung: Haben die Primer gebunden, erfolgt eine Erhitzung auf ca. 72 °C. Dies ist die beste Temperatur für die sogenannte Taq-Polymerase. Diese stammt aus Bakterien, die in heißen Quellen leben und daher an diese Temperatur angepasst sind (eine "normale" Polymerase würde bei 42 °C denaturieren). Die Polymerase startet an den Primern und bildet den entsprechenden Tochterstrang zu beiden Einzelsträngen. Da immer eine Verdopplung stattfindet, steigt die Anzahl an DNA-Doppelsträngen exponentiell an und bereits nach kurzer Zeit liegt eine große Menge des DNA-Abschnitts vor.

Wichtig: Der Vorgang läuft in ca. 20 - 50 Zyklen ab, damit genügend Kopien vorliegen, um beispielsweise eine Gelelektrophorese anzufertigen.

Im Rahmen des Abiturs wird oft explizit nach dem Zweck der PCR gefragt. Dieser ist wie oben beschrieben die Vervielfältigung eines DNA-Abschnitts. Außerdem ist es wichtig zu erwähnen, dass der Vorgang sehr oft abläuft.