ขั้นตอนของการทำงานของเครื่องเทอร์มอไซเคลอร์ โดยใช้เทคนิค PCR คือ

1.ขั้นตอนแรกนี้เรียกว่า “Denaturation” เพิ่มอุณหภูมิของเครื่องให้สูงขึ้นจนสาย DNA สายคู่ที่เป็นแม่แบบแยกออกจากกันเป็นสายเดี่ยว (ขั้นนี้อุณหภูมิประมาณ 90 ◦)

2.ขั้นตอนที่สองเรียกว่า “Annealing” ลดอุณหภูมิลง (เหลือประมาณ 55 ◦) จะทำให้ DNA ไพรเมอร์จับกับ DNA แม่แบบสายเดี่ยวแต่ละสายในตำแหน่งที่เป็นจุดเริ่มต้นในการสังเคราะห์ DNA ด้วยพันธะไฮโดรเจน

3.ขั้นตอนที่สามเรียกว่า “Extension” ปรับอุณหภูมิให้เหมาะสมต่อการทำงานของเอนไซม์ DNA พอลิเมอเรส เพื่อให้สร้างสาย DNA สายคู่เพิ่มขึ้น (ช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมต่อการทำงานของเอนไซม์ DNA พอลิเมอเรส คือ ประมาณ 72 ◦-75 ◦)

4.เริ่มกระบวนการในขั้นที่ 1 ใหม่จะได้ DNA สายคู่ 2 สาย เพิ่มเป็น 4 สายคู่ 8 สายคู่ และ 16 สายคู่  ตามลำดับไปเรื่อยๆ จนมากพอกับความต้องการ

  (การสร้างสาย DNA โดย พอลิเมอเรส เชน รีแอกชัน (PCR))

          จะเห็นได้ว่าเทคนิค PCR  นี้จะเพิ่มปริมาณ DNA ที่ต้องการที่มีปรืมาณน้อยให้มากได้อย่างรวดเร็ว  แต่อย่างไรก็ตามเทคนิค PCR ยังมีข้อจำกัดอยู่ คือ ขั้นตอนการแสดงของยีน เช่น การสร้างโปรตีนและขั้นตอนการตรวจสอบความผิดพลาดของ DNA ที่สร้างขึ้น เนื่องจากเอนไซม์ที่ใช้ในปฏิกิริยานี้บางชนิดไม่มีการตรวจสอบลำดับนิวคลีโอไทด์ของ DNA เหมือนในระบบของเซลล์สิ่งมีชีวิต

          อย่างไรก็ดีเทคนิค PCR นี้ ได้นำมาใช้กับการเพิ่มปริมาณของ DNA ที่มีอยู่ในปริมาณน้อย เช่น ในคราบเลือด คราบอสุจิ เนื้อเยื่อบางชนิด เชื้อ HIV  DNA ของเอ็มบริโอในครรภ์มารดาว่าผิดปกติหรือไม่  รวมทั้ง DNA จากซากของวอลลี แมมมอธ (Wolly mammoth) ด้วยเพื่อดูถึงวิวัฒนาการของสัตว์ชนิดนี้