Das Enzym, das die Verlängerung eines DNA-Strangs katalysiert, ist laut der RCSB-Proteindatenbank die DNA-Polymerase. Dieses Enzym fügt dem wachsenden DNA-Molekül durch Zugabe von Nukleotidbasen hinzu. DNA-Polymerase macht nur einen Fehler pro Milliarde hinzugefügter Basen, was dieses Enzym extrem genau macht.
Sobald die DNA entpackt ist, beginnt die Replikation auf beiden Strängen. DNA-Polymerase bindet an einen DNA-Strang und fügt Basen nur in der 5'- nach 3'-Richtung hinzu. Der führende DNA-Strang kann kontinuierlich repliziert werden; der andere Strang, der als nachlaufender Strang bezeichnet wird, kann jedoch nur in Fragmenten repliziert werden. Beim Menschen kopiert die DNA-Polymerase DNA mit einer Geschwindigkeit von 50 Basen pro Sekunde. Zusätzlich zum Anfügen von Basen an den DNA-Strang korrigiert die DNA-Polymerase auch ihre eigene Arbeit, indem sie irrtümlich hinzugefügte Basen ausschneidet.
