1983年、キャリー・マリスはカリフォルニアの高速道路を運転中に、DNAを指数関数的に複製する方法を思いついた。このアイデアがポリメラーゼ連鎖反応（PCR）となり、彼は1993年にノーベル賞を受賞した。PCRは現在、生物学において最も広く用いられている技術の一つであり、わずか数時間でDNAの単一コピーを数十億コピーに増幅することができる。

この反応は3つの温度サイクルを経て進行する。変性段階ではDNAを約95℃まで加熱し、二重らせんを一本鎖に分離する。アニーリング段階では50～65℃まで冷却し、プライマーが標的配列に結合できるようにする。伸長段階では72℃まで温度を上げ、耐熱性DNAポリメラーゼ（通常はTaqポリメラーゼ）がプライマーを伸長させ、新しい鎖を合成する。各サイクルでDNA量は2倍になり、30サイクルで10億倍に増幅される。

PCRは様々な用途に用いられています。病原体のDNAを検出することで感染症を診断したり、DNAを増幅して配列決定やクローニングを行ったり、突然変異や遺伝性疾患を検出したりします。また、犯罪現場から採取したDNAを分析する法医学分野でも利用されています。さらに、RT-PCRと呼ばれる手法では、遺伝子発現の研究​​やRNAの定量化など、研究分野でも活用されています。新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミックの間、PCR検査は広く知られるようになりました。

この技術はシンプルで迅速、かつ高感度です。ただし、プライマーの慎重な設計、汚染の制御、および条件の最適化が必要です。うまくいけば、微量のサンプルから分析に十分な量のDNAを増幅できます。しかし、失敗すると、誤った配列が増幅されたり、何も増幅されなかったりする可能性があります。