PCR用于扩增一小段已知的DNA片断，可能是单个基因，或者仅仅是某个基因的一部分。与活体生物不同的是，PCR只能复制很短的DNA片断，通常不超过10kbp。DNA是双链分子，因此用互补DNA双链的构造单位(核苷酸)来度量其大小，单位为碱基对（base pair, bp）。某些特定的方法可以扩增40kbp左右的片断，但是这种大小与真核细胞的染色体DNA相比仍然是很少的。例如，人的体细胞DNA含有大约30亿个碱基对。 目前应用的PCR反应需要几个基本组成：

DNA模板（template），含有需要扩增的DNA片断。

2个引物（primer），决定了需要扩增的起始和终止位置。（见下面引物一节）

DNA聚合酶（polymerase），复制需要扩增的区域。

脱氧单核苷酸（dNTP），用于构造新的互补链。

缓冲体系，提供适合聚合酶行使功能的化学环境。

PCR反应在热循环设备中进行。PCR仪可以将反应管加热或冷却到每步反应所需的精确的温度。为防止反应体系中液体产生蒸气，通常在反应管上加盖加热的盖子(比加热板温度来的高)，或者在反应体系表面加入一层石蜡油。