PCR過程分三步：變性--退火--延伸，PCR中會對這三步循環播放。

1. 變性

在開始準備變性的過程中，要慢慢加熱混合物，加熱混合物時，兩條鏈間氫鍵會融化，DNA兩股鏈會分開，就像上圖粉色的部分。如果混合物熱的情況下，引物不會和DNA黏在一起，兩條DNA鏈也不會黏在一起。

2. 退火

接下來混合物慢慢的冷卻，這時引物會黏在DNA上，因為引物較小，更容易漂浮起來，和DNA結合。溫度控制在54攝氏度左右可以保證引物序列和DNA互補配對，而DNA雙鏈不會黏在一起。

3. 延伸

這一步我們需要一個幫助DNA復制的工具，即聚合酶鏈式反應中的聚合酶（polymerase）。下圖中綠色的圖形就代表著DNA聚合酶，所到之處萬物生，這也是我們身體各個細胞中用來復制DNA的工具。聚合酶的作用方式也非常生猛，直接找到部分單鏈，部分雙鏈的地方，咬住那里的序列開始進行復制。也就是說聚合酶會先找到引物，開始沿著引物進行缺失的序列填充。如下圖中看到的，在一輪填充序列后，引物所在的鏈條（橙色鏈）會被補齊。這一步中會加入As, Cs, Gs和Ts這些DNA原材料，這樣可以把他們整合到新的與模板DNA 鏈互補的半保留復制鏈。這一步的溫度稍微高一些，大概是72攝氏度。最初我們加入的是雙鏈DNA，在一個周期后，我們會獲得四條鏈，兩個周期后獲得8條鏈，30個周期后，會獲得10億條DNA鏈。