Năm 1983, Kary Mullis đang lái xe trên đường cao tốc ở California thì nảy ra ý tưởng sao chép DNA theo cấp số nhân. Ý tưởng đó đã trở thành phản ứng chuỗi polymerase, hay PCR. Phát minh này đã mang về cho ông giải Nobel năm 1993. PCR hiện là một trong những kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất trong sinh học. Nó có thể khuếch đại một bản sao DNA thành hàng tỷ bản sao chỉ trong vài giờ.

Phản ứng này trải qua ba chu kỳ nhiệt độ. Giai đoạn biến tính làm nóng DNA đến khoảng 95 độ C, tách chuỗi xoắn kép thành các chuỗi đơn. Giai đoạn gắn kết làm nguội DNA xuống khoảng 50 đến 65 độ, cho phép các mồi liên kết với trình tự đích. Giai đoạn kéo dài làm tăng nhiệt độ lên khoảng 72 độ, tại đây, một loại polymerase DNA chịu nhiệt, thường là Taq, sẽ kéo dài các mồi và tổng hợp các chuỗi mới. Mỗi chu kỳ làm tăng gấp đôi lượng DNA. Ba mươi chu kỳ tạo ra sự khuếch đại gấp một tỷ lần.

PCR được sử dụng cho nhiều mục đích. Nó chẩn đoán nhiễm trùng bằng cách phát hiện DNA của mầm bệnh. Nó khuếch đại DNA để giải trình tự và nhân bản. Nó phát hiện các đột biến và rối loạn di truyền. Nó được sử dụng trong pháp y để phân tích DNA từ hiện trường vụ án. Nó được sử dụng trong nghiên cứu để nghiên cứu biểu hiện gen và định lượng RNA, trong một biến thể gọi là RT-PCR. Trong đại dịch COVID-19, xét nghiệm PCR đã trở thành một thuật ngữ quen thuộc.

Kỹ thuật này đơn giản, nhanh chóng và nhạy bén. Nó đòi hỏi thiết kế mồi cẩn thận, kiểm soát sự nhiễm bẩn và tối ưu hóa các điều kiện. Khi thành công, nó biến một mẫu nhỏ thành đủ lượng DNA để phân tích. Khi thất bại, nó có thể khuếch đại trình tự sai hoặc không khuếch đại gì cả.