聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction），简称PCR，是一种分子生物学技术，用于放大特定的DNA片段，可看作生物体外的特殊DNA复制。PCR在1983年由美国科学家穆利斯发明，随后PCR技术在生物科研和临床应用中得以广泛应用，成为分子生物学研究的最重要技术。穆利斯因此获得了1993年诺贝尔化学奖。
DNA的半保留复制是生物进化和传代的重要途径。双链DNA在多种酶的作用下可以变性解链成单链，在DNA聚合酶与启动子的参与下，根据碱基互补配对原则复制成同样的两分子拷贝。在实验中发现，DNA在高温时也可以发生变性解链，当温度降低后又可以复性成为双链。因此，通过温度变化控制DNA的变性和复性，并设计引物做启动子，加入DNA聚合酶、dNTP就可以完成特定基因的体外复制。但是，DNA聚合酶在高温时会失去活性，因此，每次循环都得加入新的DNA聚合酶，不仅操作繁琐，而且成本高昂，制约了PCR技术的应用和发展。发现耐热DNA聚合同酶-Taq酶对于PCR的应用有里程碑的意义，该酶可以耐受90℃的高温而不失去活性，不需要每个循环加酶，使PCR技术变得非常简捷，同时也大大降低了成本，PCR技术得以大量应用，并逐步应用于临床。
标准的聚合酶链式反应过程分为三步：
（1）DNA变性（90～96℃）：DNA双螺旋结构的生物功能在于复制与转录，加热或在碱性条件下可以使DNA双螺旋的氢键断裂，形成单链DNA，称之为DNA变性。解除条件后，变形的单链DNA可以重新结合起来，再形成双链，称之为DNA复性，又叫退火。DNA双链离解一半时温度称为解链温度（Tm）。不同DNA的解链温度不同，取决于DNA中G-C与A-T的含量的区别。G-C间有3个氢键，A-T间有2个氢键，因此G-C比例大的DNA片段解链温度高，一般，G-C含量每增加1%，PCR变性温度增加0.4℃。Tm范围通常一般在85-95℃之间，PCR变性温度选择90～94℃，变性时间为30秒到2分钟；
（2）退火（25～65℃）：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部双链；
（3）延伸（70～75℃）：在Taq酶（在72℃左右最佳的活性）的作用下，以dNTP为原料，从引物的5′端一3′端延伸，合成与模板互补的DNA链。每一循环经过变性、退火和延伸，DNA含量既增加一倍。
DNA聚合酶链式反应（PCR）现在有些PCR因为扩增区很短，即使Taq酶活性不是最佳也能在很短的时间内复制完成，因此可以改为两步法，即退火和延伸同时在60～65℃间进行，以减少一次升降温过程，提高了反应速度。PCR反应扩增出了高的拷贝数后，就要对扩增结果进行检测。荧光素（溴化乙锭，EB）染色凝胶电泳是最常用的检测手段。电泳法检测特异性是不太高的，因此引物两聚体等非特异性的杂交体很容易引起误判。但因为其简捷易行，成为了主流检测方法。近年来以荧光探针为代表的检测方法，有逐渐取代电泳法的趋势。
PCR反应特异性强、灵敏度高、简便、快速，对标本的纯度要求低，不需要分离病毒或细菌及培养细胞，DNA粗制品及RNA均可作为扩增模板。可直接用于临床标本如血液、体腔液、洗漱液、毛发、细胞、活组织等DNA扩增检测。