Die PCR besteht aus den folgenden vier Schritten:
1. Denaturierung durch Hitze:Doppelsträngige DNA wird durch einen Prozess namens Denaturierung, der bei Temperaturen über 90 Grad Celsius stattfindet, in zwei Einzelstränge getrennt. Durch Hitze werden Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basenpaaren aufgebrochen, während die stärkeren Bindungen zwischen Desoxyribose und Phosphaten intakt bleiben.
2. Anlagern des Primers an die Zielsequenz:Bevor die Zielsequenz (im Allgemeinen zwischen 100-600 Basenpaaren) repliziert wird, muss sie mithilfe von Primern angegriffen werden, die auf die Enden der Ziel-DNA-Sequenz durch Anlagerung (Bindung) an die komplementäre Sequenz abzielen. Das Annealing erfolgt bei niedrigerer Temperatur (zwischen 40 und 65 Grad Celsius), was von der Länge und Basensequenz der Primer abhängt.
3. Erweiterung:Nach dem Annealing wird die Temperatur auf 72 Grad Celsius erhöht und das Taq-DNA-Polymerase-Enzym zur Replikation der DNA-Stränge verwendet. Bei der Synthese (oder Verlängerung) werden zwei identische doppelsträngige DNA-Moleküle synthetisiert.
4. Ende des ersten PCR-Zyklus:Danach wird der Vorgang im Allgemeinen 25 bis 35 Mal wiederholt.