PCR通过加热和冷却复制了一段DNA

几乎每一种DNA片段的使用——诊断疾病、测序基因或进行个人指纹识别——所需的拷贝数都远超样本提供的量。过去主要依赖克隆到细菌中，这既慢又繁琐，因此一种在试管中快速扩增特定片段的方法是一个真正的奖赏。

穆利斯在1983年4月的一次驾车途中构思了PCR，他将DNA受热分离和复性的知识与迭代循环的想法结合起来。两个引物侧翼结合目标序列，一种耐热聚合酶复制它们；加热使链分离，冷却使引物结合，聚合酶延伸越过目标。由于新拷贝也会被复制，每个循环目标数量加倍。

穆利斯的第一次成功实验是在1983年12月，此前Cetus公司组建了一个团队来完善该方法，第一份专利申请于1985年3月提交。几个小时的热循环产生数十亿个相同的拷贝，这正是诊断或测序读数所需的扩增量。