La machine d'ACP n'est en fait rien de plus qu'un dispositif très précis de chauffage et de refroidissement. La machine comporte de petites fentes où sont insérés de petits tubes contenant l'échantillon d'ADN et d'autres ingrédients nécessaires à la réaction. Ces ingrédients supplémentaires englobent une bonne quantité de nucléotides (A, T, C et G), de courtes molécules d'ADN monocaténaire appelées amorces et un enzyme appelé polymérase Thermus aquaticus (polymérase Taq, en abrégé). La polymérase Taq est dérivée de bactéries qui vivent dans des sources chaudes et comptent parmi les rares enzymes capables de fonctionner à de très hautes températures.
Le cycle commence lorsque la machine chauffe le tube à une température d'environ 90-95 øC, ce qui entraîne la séparation de chaque molécule d'ADN bicaténaire de l'échantillon d'origine en deux brins.
(Souvenez-vous que les liaisons hydrogènes qui relient deux brins complémentaires d'une double hélice d'ADN sont bien plus faibles que les liaisons covalentes qui relient les nucléotides formant chaque chaîne. Le chauffage provoque la rupture des liaisons hydrogènes, qui déroulent et séparent les deux brins, tandis que les liaisons covalentes ne sont pas touchées.)
Ensuite, on abaisse la température légèrement, ce qui permet aux amorces d'ADN de se lier aux brins séparés. Les amorces se lient, car elles sont complémentaires de certaines séquences de chaque brin d'ADN qui « flanquent » l'ADN à répliquer au milieu. Une fois que les amorces se sont attachées aux brins, la polymérase Taq se synthétise, en utilisant les nucléotides flottant dans le tube, un brin complémentaire pour chaque brin monocaténaire d'origine. Cette réaction boucle le premier cycle, et double la quantité d'ADN présente dans le tube.
Au cours du cycle suivant, la machine d'ACP chauffe et refroidit comme auparavant, ce qui entraîne la séparation des nouvelles molécules d'ADN bicaténaire, et la synthèse des nouveaux brins complémentaires par la polymérase Taq.
Chaque fois qu'un cycle est complété, la quantité de copies de la séquence d'ADN désirée (située entre les deux amorces) est, en théorie, multipliée par deux. Après une trentaine de cycles (qui durent généralement environ trois heures), on disposera de suffisamment de copies de cette séquence d'ADN pour l'application d'autres techniques biotechnologiques.
