La réaction en chaîne par polymérase (PCR) repose sur la capacité de l'ADN polymérase à synthétiser un nouvel ADN en utilisant un modèle déjà existant. La méthode consiste en la répétition de cycles de trois étapes principales : dénaturation, hybridation et élongation. Ces cycles permettent l'amplification exponentielle d'une séquence cible spécifique de l'ADN.

Au cours de la réaction, l'ADN cible est dénaturé par chauffage à haute température, environ 94-98°C, provoquant la séparation des deux brins de l'hélice d'ADN. Cette étape est suivie par l'hybridation où la température est abaissée (environ 50-65°C) permettant aux amorces de s'apparier avec leurs séquences complémentaires sur chaque brin d'ADN séparé. Enfin, lors de l'élongation, réalisée à environ 72°C, l'ADN polymérase synthétise les nouveaux brins d'ADN en ajoutant des nucléotides aux amorces.

La dénaturation est cruciale pour le succès de la PCR. Ce processus consiste en l'application de chaleur pour séparer les deux brins d'ADN. Sans cette étape, l'ADN polymérase ne pourrait accéder à l'ADN simple brin, qui est le substrat nécessaire pour le début de la synthèse d'ADN.

Après la dénaturation, l'hybridation ou l'appariement des amorces a lieu. Les amorces jouent un rôle crucial en définissant la région de l'ADN à amplifier. La température durant cette étape est réduite pour permettre aux amorces de se lier spécifiquement aux séquences cibles. Ceci forme la base de la spécificité de la PCR.

Cette étape est où la synthèse réelle de l'ADN se produit. L'ADN polymérase allonge les amorces attachées en ajoutant des nucléotides en direction 5' vers 3'. La température est optimisée pour maximiser l'efficacité de l'ADN polymérase, généralement en utilisant une polymérase thermostable comme Taq polymérase.