L'enzyme qui catalyse l'allongement d'un brin d'ADN est l'ADN polymérase, selon la banque de données de protéines RCSB. Cette enzyme s'ajoute à la molécule d'ADN en croissance en ajoutant des bases nucléotidiques. L'ADN polymérase ne commet qu'une erreur tous les milliards de bases qu'elle ajoute, ce qui rend cette enzyme extrêmement précise.
Une fois l'ADN décompressé, la réplication commence sur les deux brins. L'ADN polymérase se lie à un brin d'ADN et ajoute des bases uniquement dans le sens 5' à 3'. Le brin principal d'ADN peut être répliqué en continu; cependant, l'autre brin, appelé brin retardé, ne peut être répliqué que par fragments. Chez l'homme, l'ADN polymérase copie l'ADN à une vitesse de 50 bases par seconde. En plus d'ajouter des bases au brin d'ADN, l'ADN polymérase corrige également son propre travail, en supprimant les bases ajoutées par erreur.
