При реплікації молекули ДНК під дією ферменту хелікази розриваються водневі зв'язки між комплементарними основами, і ланцюги розходяться.
Ланцюги молекули ДНК розходяться, утворюють реплікаційну вилку, і кожна з них стає матрицею, на якій синтезується новий комплементарний ланцюг. В результаті утворюються дві нові двоспіральні молекули ДНК, ідентичні батьківської молекули.
Основний фермент, який бере участь у реплікації – це ДНК-полімераза. Саме він добудовує дочірній ланцюг на материнському за правилом комплементарності. Сама по собі ДНК-полімераза може синтезувати лише короткі фрагменти ДНК і потім відвалюється від ланцюга, що реплікується.
Під час реплікації ДНК один новий ланцюг (лідируючий ланцюг) створюється послідовно і безперервно. Інша (ланцюг, що відстає) створюється маленькими фрагментами. Для реплікації ДНК потрібні й інші ферменти, крім ДНК-полімерази, а саме ДНК-Праймаза, ДНК-хеліказа, ДНК-лігаза та топоізомеразу.