Η αρχή της PCR είναι η χρήση DNA που μετουσιώνεται και γίνεται μονόκλωνο σε υψηλή θερμοκρασία 95°C in vitro. Σε χαμηλές θερμοκρασίες (συνήθως γύρω στους 60°C), οι εκκινητές και οι μονόκλωνοι συνδυάζονται σύμφωνα με την αρχή του συμπληρωματικού ζεύγους βάσεων και στη συνέχεια η θερμοκρασία προσαρμόζεται στην πολυμεράση DNA. Στη βέλτιστη θερμοκρασία αντίδρασης (περίπου 72°C), η DNA πολυμεράση συνθέτει συμπληρωματικούς κλώνους κατά την κατεύθυνση του φωσφορικού οξέος σε πέντε σάκχαρα άνθρακα (5'-3').
Ο πιο πολύτιμος τομέας εφαρμογής της PCR είναι η διάγνωση μολυσματικών ασθενειών. Θεωρητικά, εφόσον υπάρχει παθογόνο στο δείγμα, μπορεί να ανιχνευθεί η PCR.
Σε πειράματα, διαπιστώθηκε ότι το DNA μπορεί επίσης να μετουσιωθεί και να λιώσει σε υψηλές θερμοκρασίες και μπορεί να μετατραπεί ξανά σε διπλούς κλώνους όταν η θερμοκρασία μειωθεί. Επομένως, ελέγχοντας τη μετουσίωση και την μετουσίωση του DNA από αλλαγές θερμοκρασίας, η προσθήκη εκκινητών σχεδιασμού, πολυμεράσης DNA και dNTPs μπορεί να ολοκληρώσει την in vitro αντιγραφή συγκεκριμένων γονιδίων.
Ωστόσο, η DNA πολυμεράση θα απενεργοποιηθεί σε υψηλές θερμοκρασίες. Επομένως, σε κάθε κύκλο πρέπει να προστίθεται νέα DNA πολυμεράση, η οποία δεν είναι μόνο δυσκίνητη στη λειτουργία, αλλά και δαπανηρή, γεγονός που περιορίζει την εφαρμογή και την ανάπτυξη της τεχνολογίας PCR.
