Phản ứng chuỗi polymerase, hoặc PCR, bao gồm ba bước: biến tính DNA, ủ mồi và mở rộng. Các bước này được lặp lại từ 20 đến 35 lần để tổng hợp đúng số lượng DNA quan tâm . Mỗi bước này yêu cầu một phạm vi nhiệt độ khác nhau, điều này cho phép máy PCR kiểm soát các bước. PCR thường được thực hiện trong các ống phản ứng PCR nhỏ có chứa tất cả các thành phần cần thiết để tổng hợp DNA.
Bước đầu tiên trong PCR, biến tính DNA, yêu cầu nhiệt độ cao, thường là khoảng 95 độ C. Sự biến tính làm cho DNA giải nén và phân tách thành các sợi đơn, để lộ các base DNA với phần còn lại của hỗn hợp PCR.
Bước thứ hai, ủ mồi, phải xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn bước biến tính. Máy PCR làm nguội dung dịch đến nhiệt độ từ 45 đến 72 độ C. Nhiệt độ cụ thể để ủ phụ thuộc vào chất mồi. Mồi là những đoạn ngắn của DNA đã được tổng hợp trước đó xảy ra ở đầu và cuối của DNA quan tâm. Trong quá trình ủ mồi, các đoạn mồi liên kết với các phần thích hợp của sợi DNA.
Bước thứ ba, phần mở rộng, xảy ra ở 72 độ C. Bước này đòi hỏi sự mở rộng của các chuỗi DNA mới, bắt đầu với các đoạn mồi.
Sau khi kéo dài, phản ứng được làm nóng trở lại 95 độ C để bắt đầu một chu kỳ phản ứng PCR khác. Số lượng chuỗi DNA sau mỗi chu kỳ của các bước PCR tăng lên gấp đôi, do đó lượng DNA được tạo ra là cấp số nhân. Bằng cách này, 20 đến 35 chu kỳ PCR tạo ra hàng triệu sợi DNA quan tâm.
