Με τη μέθοδο αυτή μπορεί να ανιχνευτεί η παρουσία συγκεκριμένης αλληλουχίας νουκλεοτιδίων σε βιολογικό δείγμα που προέρχεται από κάποιον δότη. Πρέπει, ωστόσο να είναι γνωστή η υπό διερεύνηση αλληλουχία, ώστε να έχουν κατασκευαστεί δύο ολιγονουκλεοτίδια συμπληρωματικά προς τα άκρα της αλληλουχίας, τα οποία θα δράσουν ως εκκινητές.

Οι δύο έλικες του υπό διερεύνηση DNA αποδιατάσσονται με μεταβολή της θερμοκρασίας. Αν η αλληλουχία υπάρχει, τα ολιγονουκλεοτίδια συνδέονται με την έλικα του DNA, ένα σε κάθε άκρο, καθώς βρίσκουν τις συμπληρωματικές βάσεις τους. Με τη χρησιμοποίηση του ενζύμου DNA-πολυμεράση και σχετική αφθονία νουκλεοτιδίων αρχίζει η σύνθεση συμπληρωματικών αλυσίδων και στις δύο έλικες του DNA, με επέκταση της αλληλουχίας των εκκινητών. Όταν η σύνθεση ολοκληρωθεί, πάλι με μεταβολή της θερμοκρασίας, αποδεσμεύονται οι νεοσχηματισθείσες έλικες από την αρχική μήτρα τους. Με επανάληψη του κύκλου μεταβολών της θερμοκρασίας, το νέο DNA χρησιμεύει ως μήτρα για την προσκόλληση άλλων εκκινητών και τη σύνθεση νέων αλυσίδων. Είναι προφανές ότι με τον τρόπο αυτό η αρχική ποσότητα του DNA αυξάνει εκθετικά με κάθε επανάληψη του κύκλου. Ειδικά μηχανήματα βοηθούν στην προτυποποίηση της διαδικασίας. Όταν το υλικό έχει συγκεντρωθεί σε ικανή ποσότητα, χρησιμοποιούνται άλλες μέθοδοι για την ταυτοποίησή του (ηλεκτροφόρηση, υβριδισμός)

Το πλεονέκτημα της μεθόδου είναι η πολύ μεγάλη ευαισθησία της αλλά και η ταχύτητά της. Θεωρητικά, ένα μόριο DNA στο υπό διερεύνηση υλικό αρκεί για να θετικοποιηθεί η δοκιμασία. Ωστόσο, αυτό είναι και το μειονέκτημα της μεθόδου, καθώς η παρουσία στο βιολογικό υλικό ελάχιστης ποσότητας προσμείξεων αρκεί για να δώσει η δοκιμασία ψευδές αποτέλεσμα.