1983年，凯里·穆利斯（Kary Mullis）驾车行驶在加利福尼亚州的高速公路上时，突然想到了一种可以指数级复制DNA的方法。这个想法后来发展成为聚合酶链式反应（PCR）。凭借这项技术，他荣获了1993年的诺贝尔奖。如今，PCR已成为生物学领域应用最广泛的技术之一。它可以在短短几个小时内将单个DNA拷贝扩增至数十亿个拷贝。

该反应循环经历三个温度阶段。变性阶段将DNA加热至约95摄氏度，使双螺旋结构解离成单链。退火阶段将其冷却至约50至65摄氏度，使引物能够与目标序列结合。延伸阶段将其升高至约72摄氏度，此时耐热DNA聚合酶（通常是Taq酶）会延伸引物并合成新的DNA链。每个循环都会使DNA的量翻倍。30个循环可产生十亿倍的扩增。

PCR技术用途广泛。它通过检测病原体DNA来诊断感染；它扩增DNA用于测序和克隆；它检测突变和遗传疾病；它用于法医学，分析犯罪现场的DNA；它还用于科研，研究基因表达和定量RNA，其变体称为RT-PCR。在新冠肺炎疫情期间，PCR检测几乎家喻户晓。

这项技术简便、快速且灵敏。它需要精心设计引物、控制污染并优化反应条件。成功时，它可以将微量样本扩增至足以进行分析的DNA。失败时，它可能扩增出错误的序列，甚至什么也扩增不出来。