تفاعل البوليميراز المتسلسل هذه المراحل الثلاث تعتبر دوره واحد يصبح فيها الحامض قد تضاعف إلى نسختين ، ان اساس مبدأ عمل ال PCR هو الاعتماد على الدورة الحرارية التي تستخدم الديناميكا الحرارية من تفاعلات الحمض النووي عن طريق تناوب التسخين والتبريد لعينات ال PCR بعد تحديد درجات الحرارة . وهذه العملية تمكن من فصل فرعي الحمض النووي الحلزوني المزدوج في درجة حرارة عالية (DNA melting) وتحت درجات الحرارة المنخفضة فان كل فرع من الحمض النووي يستخدم بواسطة انزيمات بلمرة الحمض النووي لإنتاج تركيب جديد كامل منه. كل دورة من PCR تضم ثلاث عمليات مختلفة في دورة درجة الحرارة (( temperature cycling اولا التمسخ (denaturation) أو تذويب الحمض النووي حيث يفصل ال DNA الي قطعتين (ssDNA) من خلال كسر الرابطة الهيدروجينية بين ازواج القواعد . تعتبر هذه الخطوة قصيرة لانها تحتاج ما بين 10 ثانية و 30 ثانية في 92 درجة مئوية إلى 96 درجة مئوية . اما الخطوة الثانية الصلب: ( annealing) يتم صلب ال DNA الاولي لإنتاج سلاسل مكملة ل (ssDNA) من خلال تشكيل روابط هيدروجينية بالتالي ينتج اثنين من dsDNA جديد وهذه الأجزاء القصيرة تؤدي في نهايتها الي تشكيل الحمض النووي الجديد . اما الخطوة الثالثة الاستطالة (elongation) : وتسمى أيضا التكرار الانزيمي يتم فيها اتحاد ايونات موجبة كعامل محفز والكمية المطلوبة من مكملة ال deoxynucleotides (dNTPs) . وانزيم بلمرة ال DNAيبدا بتكرار ال DNA في الموقع التمهيدي . وتستمر هذه العمليات بإعادة تسخين ال dsDNA وفصله مرة أخرى .في كل دورة PCR يزداد جزء الحمض النووي زيادة أسية وفقا لاللأس 2 (يعني ان الواحد يصبح اثنان والاثنان أربعة ثم ثمانية…) .بما أن هذه العملية تستخدم لتضخيم الحمض النووي فان من 35 إلى 40 دورة نحتاجها لتقديم ما يكفي من عينة ال DNAللتحليل .
بحتاج بوليمر الحمض النووي إلى محفز على شكل كيتونات ثنائية التكافؤ وهي اما المغنيسيوم أو المنغنيز . تستخدم هذه المحفزات أيضا كعامل مساعد في تفاعل البوليمرات المتسلسل . التركيز الطببيعي للمنغنيز هو 2.5 مايكرومتر . المشعلات هي أليغونيوكليوتايد (في PCR، وتستخدم أزواج التمهيدي) التي تمت إضافتها على شكل قطع مصنعة صغيرة من الحمض النووي والتي تحتوي على متتاليات مكملة للمنطقة المستهدفة لجزيء الحمض النووي المستهدف. المشعلات تصلب للجزء النهائي من التسلسل المستهدف ليتم تضخيمها. هذه المشعلات هي المكونات الرئيسية للتضخيم الانتقائي و المكرر لقطع الحمض النووي المستهدفة ضمن مجموعة من الأحماض النووية, و هي عادة ما تتكون من 20-25 من القواعد الطويلة, و ما لا يزيد عن 30 قاعدة طويلة. وتستخدم مجموعة معينة من المشعلات لتضخيم ناتج واحد من تفاعل البلمرة المتسلسل. واحدة من المشعلات يصلب إلى حبلا في الأمام والأخرى إلى الحبل العكسي من جزيئات الحمض النووي خلال خطوة الصلب. المشعلات انفسهم يتم تصنيعهم و تجميعهم غالبا من Phosphoramidites نيوكليوزيد مفرد, بطريقة تسلسل معين. هذه المشعلات بالتالي ترتبط بسهولة بالحمض النووي المكتمل والخاص بها, أو بجدائل الحمض النووي الريبي في تسلسل محدد, لتشكيل الدوبلكس, أو أقل في كثير من الأحيان, الهجينة لمرتبة أعلى. على هذا النحو، المشعلات لازمة لبدء تركيب الحمض النووي, وبالتالي فانها تسمح لبوليميريز الحمض النووي لتمديد أليغنوكليوتيد و تكرار حبلا التكميلية. بوليمبريزالحمض النووي يبدأ التكرار في 3'-نهاية التمهيدي، ويكمل حبلا المعاكس. والتمهيدي( المشعل) مع درجة الحرارة الصلب أعلى بكثير من درجة حرارة التفاعل الصلب مع درجة الحرارة الصلب أعلى بكثير من درجة حرارة التفاعل الصلب يمكن أن تفوت-hybridise وتمدد الحمض النووي في مكان غير صحيح على طول تسلسل الحمض النووي ، بينما عند درجة حرارة أقل بكثير من درجة حرارة الصلب، يمكن أن تفشل الحمض النووي ليصلب ويتوسع على الإطلاق. تحتاج متواليات المشعل ( التمهيدي ) أيضا أن يتم اختياره لتحديد فريد لمنطقة من الحمض النووي، وتجنب إمكانية تفويت-تهجين لتسلسل مماثل قريب. وهكذا صممت هذه البادئات باستخدام أدوات محددة، مثل برنامج التمهيدي اكسبرس (الحياة تكنولوجيز، كارلسباد، الولايات المتحدة الأمريكية)، أو غيرها. وهناك طريقة شائعة الاستخدام في تصميم التمهيدي تنطوي على بحث الانفجار, الذي هو أداة بحث في قاعدة بيانات بنك الجينات, حيث وينظر إلى كل من المناطق المحتملة التي يمكن للتمهيدي ( المشعل ) الربط بها. أيضا ينبغي تجنب تكرار في المشعلات, لأن تشكل حلقة قد يحدث, و التي يمكن أن تسهم في تفويت التهجين.