多聚酶 鏈式反應的原理類似于DNA的天然 復制過程。在待擴增的DNA片段兩側和與其兩側互補的兩個寡 核苷酸 引物，經 變性、退火和延伸若干個 循環后，DNA擴增2n倍。
1．變性：加熱使模板DNA在 高溫下（94℃）變性，雙鏈間的氫鍵斷裂而形成兩條單鏈，即變性階段。
2．退火：使溶液溫度降至50－60℃，模板DNA與引物按 堿基配對原則互補結合，即退火階段。
3．延伸：溶液反應溫度升至72℃，耐熱DNA 聚合酶以單鏈DNA為模板，在引物的引導下，利用反應混合物中的4種脫氧 核苷三磷酸（dNTP)，按5’→3’方向復制出互補DNA，即引物的延伸階段。
上述3步為一個循環，即高溫變性、低溫退火、中溫延伸3個階段。從理論上講，每經過一個循環，樣本中的DNA量應該增加一倍，新形成的鏈又可成為新一輪循環的模板，經過25-30個循環后DNA可擴增106-109倍。典型的PCR反應體系由如下組分組成：DNA模板、反應 緩沖液、dNTP、兩個合成的DNA引物、耐熱Tag聚合酶。