1、变性：利用高温（93-98℃）使双链DNA解螺旋，高温使两条DNA链间的氢键断裂。在*个循环之前，通常加热时间较长以确保模板DNA完全分离，仅以单链形式存在。该步骤时间1-2分钟，接下来机器就控制温度进入循环阶段。

2、退火：将反应温度降低至50-65℃（通常比引物 值低3-5℃）持续20-40s，从而使引物结合于单链DNA上。若退火温度过低，容易造成非特异扩增，而退火温度过高，引物可能根本不结合。

3、延伸：此步骤的温度取决于所用的DNA聚合酶。 Taq（Thermus aquaticus）聚合酶的热稳定DNA聚合酶的*活性温度约为75–80°C，但通常使用的延伸温度为72°C。 在这一步骤中，DNA聚合酶通过从反应体系中添加的5'至3'方向的游离dNTP，从而合成与DNA模板链互补的新DNA链。延伸所需的时间取决于所用的DNA聚合酶和待扩增的DNA片段的长度。 传统的Taq 酶估计合成1000bp大概需要1分钟、较新的Tbr 酶（来自于嗜热菌Thermus brockianus）约40s、商业公司生产的融合型聚合酶仅需约10-15s。有修正功能的则会比较慢。

上述循环结束后，将进入终延伸阶段：此步骤是可选的，但要在70-74°C）（PCR中使用的大多数聚合酶*活性所需的温度范围）下进行5-15分钟。 *一个PCR循环，以确保所有剩余的单链DNA的冈崎片段被补齐。

*终保持：*一步将PCR仪反应室无限期地冷却至4–15°C，可用于PCR产物的短期保存。