聚合酶鏈式反應 (PCR) 是一種廣泛用于快速制作特定 DNA 樣本的數百萬至數十億份（完整或部分）拷貝的方法，使科學家能夠獲取非常小的 DNA 樣本并對其（或部分）進行擴增 ) 足夠大的數量來詳細研究。 PCR 于 1983 年由 Cetus 公司的美國生物化學家 Kary Mullis 發明； Mullis 和生物化學家 Michael Smith 共同獲得了 1993 年的諾貝爾化學獎，后者開發了其他操縱 DNA 的基本方法。

PCR 是基因檢測和研究中使用的許多程序的基礎，包括分析古代 DNA 樣本和鑒定傳染原。 使用 PCR，極少量 DNA 序列的拷貝在一系列溫度變化循環中呈指數級擴增。 PCR 現在是醫學實驗室研究中常用且通常不可或缺的技術，其應用范圍廣泛，包括生物醫學研究和刑事取證。

大多數 PCR 方法依賴于熱循環。 熱循環使反應物暴露在反復的加熱和冷卻循環中，以允許不同的溫度依賴性反應——特別是 DNA 熔化和酶驅動的 DNA 復制。 PCR 使用兩種主要試劑——引物（它們是稱為寡核苷酸的短單鏈 DNA 片段，是目標 DNA 區域的互補序列）和 DNA 聚合酶。 在 PCR 的xxx步中，DNA 雙螺旋的兩條鏈在稱為核酸變性的過程中在高溫下物理分離。 在第二步中，溫度降低，引物與 DNA 的互補序列結合。 然后，兩條 DNA 鏈成為 DNA 聚合酶的模板，以酶促方式從游離核苷酸（DNA 的組成部分）組裝一條新的 DNA 鏈。 隨著 PCR 的進行，生成的 DNA 本身被用作復制的模板，啟動了鏈式反應，其中原始 DNA 模板呈指數級放大。

幾乎所有的 PCR 應用都使用熱穩定的 DNA 聚合酶，例如 Taq 聚合酶，這是一種最初從嗜熱細菌 Thermus aquaticus 中分離出來的酶。 如果使用的聚合酶是熱敏感的，它會在變性步驟的高溫下變性。 在使用 Taq 聚合酶之前，每個循環都必須手動添加 DNA 聚合酶，這是一個繁瑣且昂貴的過程。

該技術的應用包括用于測序的 DNA 克隆、基因克隆和操作、基因誘變； 構建基于 DNA 的系統發育，或基因功能分析； 遺傳疾病的診斷和監測； 古代DNA的擴增； 分析用于 DNA 分析的遺傳指紋（例如，在法醫學和親子鑒定中）； 用于傳染病診斷的核酸檢測中病原體的檢測。

PCR 擴增 DNA 鏈的特定區域（目標 DNA）。 大多數 PCR 方法可擴增長度在 0.1 到 10 千堿基對 (kbp) 之間的 DNA 片段，但有些技術允許擴增長達 40 kbp 的片段。 擴增產物的量由反應中可用的底物決定，隨著反應的進行而變得有限。

基本的 PCR 設置需要多種成分和試劑，包括：

• 包含要擴增的 DNA 目標區域的 DNA 模板
• 一種DNA聚合酶； 聚合新 DNA 鏈的酶； 耐熱的 Taq 聚合酶尤為常見，因為它更可能在高溫 DNA 變性過程中保持完整
• 兩個 DNA 引物，與 DNA 靶標的每條有義鏈和反義鏈的 3'（三個引物）末端互補（DNA 聚合酶只能結合 DNA 雙鏈區域并從中延伸 ; 沒有引物，就沒有聚合酶可以結合的雙鏈起始位點）； 預先選擇與 DNA 目標區域互補的特異性引物，通常在實驗室定制或從商業生化供應商處購買

• 脫氧核苷三磷酸，或 dNTP（有時稱為脫氧核苷三磷酸；含有三磷酸基團的核苷酸），DNA 聚合酶合成新 DNA 鏈的構建單元
• 為 DNA 聚合酶的最佳活性和穩定性提供合適化學環境的緩沖溶液
• 二價陽離子，通常是鎂(Mg)或錳(Mn)離子； Mg2+ 是最常見的，但 Mn2+ 可用于 PCR 介導的 DNA 誘變，因為較高的 Mn2+ 濃度會增加 DNA 合成過程中的錯誤率； 和單價陽離子，通常是鉀 (K) 離子

該反應通常在熱循環儀中的小反應管（0.2-0.5 mL 體積）中以 10-200 μL 的體積進行。