Grunnprinsippet for PCR (uten bruk av termosensitiv DNA-polymerase) ble imidlertid først utviklet av den norske biokjemikeren Kjell Kleppe, som da arbeidet i H. Gobind Khorana sin forskningsgruppe ved Universitetet i Wisconsin. Allerede i 1969 presenterte Kleppe sine arbeider på Gordon-konferansen i USA og disse arbeidene ble publisert i 1971. Det er senere blitt kjent (i radiointervju med nobelprisvinneren Arthur Kornberg) at Stuart Linn, som var ordstyrer ved Kleppes presentasjon, senere brukte denne informasjonen i forelesninger, hvor bl.a. Kary B. Mullis var tilstede. På den tiden da Kleppe og hans kollegaer gjorde sine eksperimenter var det flere forhold som bidro til at PCR, slik vi kjenner metoden i dag, ikke ble utviklet. Det skyldtes først og fremst at termostabile DNA-polymeraser ikke var tilgjengelige og at det på den tiden tok svært lang tid å kjemisk syntetisere DNA, som brukes som primere (se nedenfor).