Una reacción en cadena de la polimerasa, o PCR, consta de tres pasos: desnaturalización del ADN, cebado del cebador y extensión. Estos pasos se repiten entre 20 y 35 veces para sintetizar la cantidad correcta del ADN de interés . Cada uno de estos pasos requiere un rango de temperatura diferente, lo que permite que las máquinas de PCR controlen los pasos. La PCR se realiza normalmente en pequeños tubos de reacción de PCR que contienen todos los ingredientes necesarios para la síntesis de ADN.
El primer paso en la PCR, la desnaturalización del ADN, requiere una temperatura alta, generalmente alrededor de 95 grados centígrados. La desnaturalización hace que el ADN se descomprima y se separe en cadenas sencillas, exponiendo las bases de ADN al resto de la mezcla de PCR.
El segundo paso, el recocido del cebador, debe ocurrir a una temperatura más baja que el paso de desnaturalización. La máquina de PCR enfría la solución a una temperatura entre 45 y 72 grados centígrados. La temperatura específica para el recocido depende de los cebadores. Los cebadores son piezas cortas de ADN previamente sintetizado que aparecen al principio y al final del ADN de interés. Durante el recocido del cebador, los cebadores se unen a las partes apropiadas de la cadena de ADN.
El tercer paso, la extensión, ocurre a 72 grados centígrados. Este paso implica la extensión de nuevas cadenas de ADN, comenzando con los cebadores.
Después de la extensión, la reacción se calienta de nuevo a 95 grados centígrados para iniciar otro ciclo de PCR. El número de cadenas de ADN después de cada ciclo de pasos de PCR se duplica, por lo que la cantidad de ADN producido es exponencial. De esta forma, 20 a 35 ciclos de PCR crean millones de cadenas del ADN de interés.