在構建DNA分子的結構模型時，科學家沃森和克裏克事實上巳經提供了DNA分子的複製模式。他們充分了解DNA雙螺旋的兩條鏈互補（堿基配對）的重要性，這是DNA複製模式的基礎。複製時，DNA雙螺旋就像拉開拉鏈那樣，兩條鏈的配對堿基之間的氫鏈斷開，堿基暴露出來，這就形成了兩條“模板鏈”(母鏈）。然後作為合成原料的遊離核苷酸按堿基配對的原則結合到模板鏈上去。最後，結合到模板鏈上各有一條新鏈（子鏈）形成，原來的一個雙螺旋DNA分子就變成（複製）了兩個雙螺旋分子。這兩個雙螺旋分子中各含有一條母鏈和一條子鏈。DNA的這種複製方式稱為“半保留複製”。
在沃林和克裏克1953年的原始論文中有關於DNA半保留複製模式推測的一段話：“我們的DNA模型實際上是一對模板，每一模板與另一個互補。我們設想：在複製前氫鍵斷開，兩條鏈鬆開、分離，然後每條鏈作為形成自己新鏈的模板，最後我們從原先僅有的一對鏈得到了兩對鏈，而且準確地複製了堿基序列。”真是天才的推測丨這一推測的DNA複製模式，後來得到了實驗事實的充分證明。1957年，泰勒（J.H.Taylor)等人應用放射性標記的胸腺嘧啶與放射自顯影技術，證明蠶豆根尖染色體的半保留複製。1958年，梅塞爾森（M.Mesekon)和斯塔爾（F.W.Stahl)應用重氮標記與密度離心技術，證明大腸杆菌DNA的半保留複製。
後來關於DNA分子複製的細節又有了更多的了解。1968年，日本生化學家岡崎（R.T.Okazki)等人發現DNA是“不連續”複製的。複製時，先在DNA模板鏈上合成一些短的片段，然後再連接成與母鏈等長而且互補的新鏈。DNA合成過程中的這些短片段，後來被稱為“岡崎片段”。每一岡崎片段的合成都需要DNA多聚酶的作用。但DNA多聚酶隻能把單個的核苷酸連接到巳形成的核苷酸鏈上。因此，每一新的片段合成時，需要有一個巳存在的片段作為“引物”。
目前，巳經可以在試管中人工複製DNA。這個體外的生化反應稱為多聚酶鏈式反應（polymerasechainreaction，簡稱PCR)。這個反應大致是這樣進行的：將DNA模板、多聚酶、作為合成原料的4種脫氧核苷酸和引物一起加人到一種特製的薄壁塑料管中。之所以要用薄壁管，是為了便於傳熱。先將試管置於90°C的高溫中約20秒，使DNA模板拆開成兩條鏈（這叫“變性”）。然後將試管轉置於55°C的環境中約20秒，使一對引物分別結合到兩條分開的模板上去。再在72°C的溫度下放置約30秒，使單核苷酸從引物的一端一個接一個地連接上去，從而複製兩條新鏈。於是，一個DNA雙螺旋分子便複製成了兩個。再重複一個上述的溫度循環，兩個便複製成四個……如此循環下去，便可以得到大量的DNA分子。例如20次循環就可使DNA擴增至100萬倍。這一切，都可以在帶電腦控製的PCR儀內進行，非常方便。
以後的幾個月裏，繆裏斯反複進行實驗，結果表明PCR技術是可行的。1984年春，繆裏斯貼出一張海報，敘述了PCR技術，但未能引進起廣泛注意。唯一感興趣的人是細菌遺傳學家、諾貝爾獎獲得者、當時洛克菲勒大學的校長裏德伯格(J.Lederberg)。
最初的PCR技術有一個缺點，就是DNA多聚酶不耐熱，在90°C以上的高溫即失活。因此，反應過程中要不斷添加新的DNA多聚酶。這不利於實現反應的自動化。1969年，有人從美國黃石國家公園溫泉中的水生棲熱菌體內分離純化出了耐熱的DNA多聚酶，後來的商品名叫Taq酶。1988年，西特斯公司的研究者們開始在PCR中使用Taq酶。這是PCR技術的重大改進，在此基礎上實現了反應的自動化，從而PCR技術得到了極為廣泛的應用。而繆裏斯也因發明PCR技術麵榮獲1993年的諾貝爾化學獎。