1983年，凱裡·穆利斯（Kary Mullis）駕車行駛在加州的高速公路上時，突然想到了一種可以指數級複製DNA的方法。這個想法後來發展成為聚合酶鍊式反應（PCR）。憑藉這項技術，他榮獲了1993年的諾貝爾獎。如今，PCR已成為生物學領域應用最廣泛的技術之一。它可以在短短幾個小時內將單一DNA拷貝擴增至數十億個拷貝。

此反應循環經歷三個溫度階段。變性階段將DNA加熱至約攝氏95度，使雙螺旋結構解離成單股。退火階段將其冷卻至約50至65攝氏度，使引子能夠與目標序列結合。延伸階段將其升高至約攝氏72度，此時耐熱DNA聚合酶（通常是Taq酶）會延伸引子並合成新的DNA鏈。每個循環都會使DNA的量增加一倍。 30個循環可產生十億倍的擴增。

PCR技術用途廣泛。它透過檢測病原體DNA來診斷感染；它擴增DNA用於定序和克隆；它檢測突變和遺傳疾病；它用於法醫學，分析犯罪現場的DNA；它也用於科研，研究基因表現和定量RNA，其變體稱為RT-PCR。在新冠肺炎疫情期間，PCR檢測幾乎家喻戶曉。

這項技術簡便、快速且靈敏。它需要精心設計引子、控制污染並優化反應條件。成功時，它可以將微量樣本擴增至足以進行分析的DNA。失敗時，它可能擴增出錯誤的序列，甚至什麼也擴增不出來。