En 1983, Kary Mullis, au volant de sa voiture sur une autoroute californienne, imagina une méthode pour répliquer l'ADN de façon exponentielle. Cette idée donna naissance à la réaction en chaîne par polymérase (PCR). Elle lui valut le prix Nobel en 1993. La PCR est aujourd'hui l'une des techniques les plus utilisées en biologie. Elle permet d'amplifier une seule copie d'ADN en milliards de copies en quelques heures.

La réaction se déroule en trois étapes de température. La dénaturation chauffe l'ADN à environ 95 °C, séparant la double hélice en brins simples. L'hybridation le refroidit à environ 50 à 65 °C, permettant aux amorces de se fixer à la séquence cible. L'extension le porte à environ 72 °C, température à laquelle une ADN polymérase thermostable, généralement la Taq polymérase, allonge les amorces et synthétise de nouveaux brins. Chaque cycle double la quantité d'ADN. Trente cycles permettent une amplification d'un milliard de fois.

La PCR est utilisée à de nombreuses fins. Elle permet de diagnostiquer les infections en détectant l'ADN des agents pathogènes. Elle amplifie l'ADN pour le séquençage et le clonage. Elle détecte les mutations et les maladies génétiques. Elle est utilisée en criminalistique pour analyser l'ADN prélevé sur les scènes de crime. Elle est utilisée en recherche pour étudier l'expression des gènes et quantifier l'ARN, dans une variante appelée RT-PCR. Pendant la pandémie de COVID-19, le terme « test PCR » est devenu courant.

Cette technique est simple, rapide et sensible. Elle exige une conception rigoureuse des amorces, la maîtrise des contaminations et l'optimisation des conditions. Lorsqu'elle fonctionne, elle permet d'amplifier suffisamment d'ADN à partir d'un échantillon infime pour l'analyse. En cas d'échec, elle peut amplifier une séquence erronée, voire rien du tout.