传统上，PCR的应用包括：
侦测DNA序列变异，像变异红血球，地中海型贫血，致癌基因等；
可以简易地测知染色体的重新组合是否发生或是否有移位；
可以利用已经复制过的目标DNA将基因体DNA，直接进行纯种系的次选殖，不仅可以省略繁复的选殖步骤里面挑选目标纯种系的艰巨工作，同时也可能让我们避开保存基因体重的繁杂工程；
能够借PCR产生足够的DNA，轻易地做直接序列测试；
可以让我们很灵敏地侦测病毒或病原的存在；
利用高度保存的序列作引子，也可以复制多样性的基因，在法医学上或亲子鉴定的应用，非常有帮助；
促进检验的灵敏度，这是PCR最有价值的地方。像痰等含复杂物甚多的检体因能够轻易的处置净化而不再是不受欢迎的检体。像由一根头发也能将所含的基因有效的复制放大来分析DNA，像病理科所保存的石腊标本块，也能应用PCR来作分析，对于古代木乃伊检体，甚至化石或冰封的古代生物的DNA，也能作PCR使绝种的古生物的DNA能够被序列出来。
当然，在性别决定的用途上，聚合酶链反应可以大量衍生出Y染色体探针作为细胞染色体分析所用。
这一项科技同时也可更早期侦测出胎儿遗传性疾病。其最大好处是不会侵犯到胚胎或胎儿，免除了流产、早产的危险。不过，欲将之应用到临床产前诊断，必须先克服如轻易分离出滋养层母细胞及辨别其是否为前次妊娠残留的滋养母细胞等难题。
PCR扩增：体外酶促合成特异DNA片段的一种方法,由高温变性、低温退火（复性）及适温延伸等几步反应组成一个周期,循环进行,使目的DNA得以迅速扩增,具有特异性强、灵敏度高、操作简便、省时等特点。利用高温使DNA双链解旋，而后又经过低温刺激，DNA双链重新结合在一起。其应用方面：1、临床上检测病原体；2、短时间内大量增加相同的DNA片段；3、用于个体识别和亲子鉴定1、核酸的基础研究：基因组克隆2、不对称PCR制备单链DNA用于DNA测序
3、反向PCR测定未知DNA区域
4、反转录PCR（RT-PCR）用于检测细胞中基因表达水平、RNA病毒量以及直接克隆特定基因的cDNA
5、荧光定量PCR用于对PCR产物实时监控
6、cDNA末端快速扩增技术
7、检测基因的表达
8、医学应用：检测细菌、病毒类疾病；诊断遗传疾病；诊断肿瘤；应用于法医物证学
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