Реплікація - це процес самоудвоения молекул ДНК за участю ферментів. Реплікація здійснюється перед кожним клітинним поділом. Вона починається з розкручування спіралі ДНК в S-періоді інтерфази під дією ферменту ДНК-полімерази. На кожній з ланцюгів, що утворилися після розриву водневих зв'язків, синтезується за принципом комплементарності і антипаралельності дочірня ланцюг ДНК. Причому одна з нових ланцюгів синтезується суцільний, а друга - у вигляді коротких фрагментів, які потім зшиваються спеціальним ферментом - ДНК-лігази.
Таким чином, кожна полинуклеотидная ланцюг виконує роль матриці для нової комплементарної ланцюга. У кожній з 2-х молекул ДНК один ланцюг залишається від батьківської молекули, а інша є знову синтезованої. Такий принцип реплікації названий напівконсервативним.
Біологічний сенс реплікації полягає в точної передачі спадкової інформації від материнської клітини до дочірнім, що і відбувається при розподілі соматичних клітин.
Найважливіша особливість реплікації ДНК - її висока точність.
Якщо при реплікації ДНК послідовність нуклеотидів в її молекулі порушується в силу будь-яких причин, то в більшості випадків ці пошкодження усуваються кліткою самостійно. Виправлення порушень послідовності нуклеотидів в молекулі ДНК називається репарацією. Зміна відбувається зазвичай в одному з ланцюжків ДНК. Друга ланцюг залишається незмінною. Пошкоджена ділянка першої ланцюга вирізається за допомогою ферментів - ДНК-репаруючу нуклеаз. Інший фермент - ДНК-полімераза - копіює інформацію з неушкодженої ланцюга, вставляючи необхідні нуклеотиди в пошкоджену ланцюг. Потім ДНК-лігаза зшиває вставлений ділянку з ланцюгом ДНК. В результаті пошкоджена молекула відновлюється.
Однак бувають випадки, коли пропускається кілька нуклеотидів, або вставляється кілька зайвих, або один нуклеотид вставляється замість іншого, наприклад, Ц замість Т або А замість Г. Такі зміни послідовності нуклеотидів в молекулі ДНК є мутаціями. Їх відтворення в наступних поколіннях клітин може призводити до патології.