Во время репликации каждая из цепей родительской ДНК служит матрицей для синтеза комплементарной дочерней цепи. ДНК-зависимые ДНК-полимеразы осуществляют сополимеризацию низкомолекулярных предшественников ДНК - дезоксирибонуклеозидтрифосфатов (dATP, dGTP, dСTP и dTTP). Положение каждого последующего нуклеотида в строящейся цепи ДНК по правилам комплементарности однозначно определяется положением соответствующего нуклеотида матрицы.При полимеризации дезоксирибонуклеозидтрифосфатов происходит освобождение молекул пирофосфата, который затем расщепляется неорганической пирофосфатазой, что делает реакцию полимеризации практически необратимой. Полимеризация нуклеотидов происходит только в одном направлении: от 5'-конца к 3'-концу строящейся цепи, и синтезированная молекула ДНК антипараллельна по отношению к ДНК-матрице. Репликация ДНК осуществляется по полуконсервативному механизму, т.е. одна из цепей дочерних молекул ДНК является частью родительской молекулы ДНК, а другая является вновь синтезированной.