在穆利斯最早开展的PCR反应里，需要把双链DNA加热到96℃的高温，以此让双链结构分离成为两条独立的单链。但在这个温度条件下，DNA聚合酶的活性会被直接破坏，所以每一个反应循环的加热步骤结束后，都必须补充新的聚合酶。这也导致穆利斯的原始PCR反应效率极低，不仅需要耗费大量时间和DNA聚合酶，整个PCR反应的全过程还需要安排专人全程照看。
谁发明了PCR仪？
后续的科研工作里，从嗜热细菌水生栖热菌体内提取产生的DNA聚合酶，有效改善了之前PCR反应低效的问题。这种嗜热细菌长期生活在温度可达50至80℃的间歇泉环境中，它产生的DNA聚合酶自带出色的耐热特性，即便应用于高温的PCR反应，也不会被高温破坏，因此不需要在反应过程中不断加入新的聚合酶，PCR反应也因此变得简单便捷，完全可以交由机器完成操作。
PCR这项技术是由凯利·穆利斯发明的，他在提出这项技术后的第七年，也就是1993年10月，凭借这项成果成功获得了诺贝尔化学奖这一殊荣。穆利斯当时的核心想法是，借助人工操作的方式，通过反复执行相同的反应程序，利用一种特殊的DNA聚合酶来扩增特定的DNA片段。
DNA聚合酶本来就是天然存在于生物体内的物质，它在细胞分裂之前会承担起DNA复制的相关工作。当DNA开始启动复制过程时，解旋酶会先将双股的DNA分开成两条单股，这时DNA聚合酶就会结合在两条DNA单链上，生成对应的互补链，穆利斯最初的PCR反应，就是将这种DNA聚合酶运用到体外试验当中。
最早从水生栖热菌体内提取得到的具有耐热性的DNA聚合酶被命名为Taq酶，如今它已经被广泛应用于当下各类PCR操作当中。不过Taq酶存在明显的缺点，它缺少3'-5'的校正外切酶活性，在复制DNA时偶尔会出错，进而造成DNA序列出现突变。后来从古菌中获取的Pwo酶以及Pfu酶都带有校正机制，能够大幅降低PCR反应中的突变概率，要是将Taq与Pfu结合使用，还可以保证真实准确地扩增DNA。