Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR - Polymerase-Chain-Reaction) ist ein künstliches Verfahren zur Vervielfältigung von DNA.
Praktische Anwendung findet sie etwa bei Vaterschaftstests, Untersuchung des genetischen Fingerabdrucks bei Kriminalverbrechen oder zum Nachweis von Krankheiten (genetische Krankheiten als auch Virusinfektionen)

In einem sogenannten Thermocycler wird die zu vervielfältigende DNA mit freien Nukleotiden, DNA-Polymerasen und speziellen Primern zusammengebracht. Der Thermocycler ermöglicht dann einen automatischen Ablauf der PCR, denn es sind mehrere Zyklen notwendig bis genügenden DNA vervielfältigt wurde. Bereits ein DNA-Doppelstrang genügt, um das Verfahren anzuwenden. Pro Zyklus steigt die Zahl der DNA-Doppelstränge dann exponentiell an (1-2-4-8-16 usw.), sodass nach 30-50 Zyklen genügend Erbgut zur Verfügung steht. Jedoch werden bei der Polymerase-Kettenreaktion keine kompletten DNA-Doppelstränge vervielfältigt, sondern nur zuvor festgelegte Teilabschnitte. Diese Teilabschnitte kann man sehr präzise durch künstlich synthethisierte Primer festlegen.

Denaturierung: Die DNA wird auf ca. 90°C erhitzt, womit sich die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen dem komplementären Basen auflösen. Damit wird die DNA in ihre Einzelstränge aufgetrennt.

Hybridisierung: Bei ca. 60°C lagern (Annealing) sich die spezifischen Primer an die 3' Enden der DNA Einzelstränge an. Es gilt das Prinzip der Komplementarität: Die Primer können sich gemäß ihrer Basen nur an ein komplementäres Gegenstück (Adenin mit Thymin und Cytosin mit Guanin) anlagern.

Polymerisation: Die Temperatur wird auf ungefähr 70°C erhöht. DNA-Polymerasen beginnen an den Primern von 3' nach 5' mit der Anlagerung von komplementären Basen (Elongation). Am Ende sind aus zwei DNA-Einzelsträngen, zwei DNA-Doppelstränge entstanden.
Nun findet wie eben schon erwähnt eine Wiederholung dieser drei Schritte vor.