DNA的合成是以4种脱氧核苷三磷酸为反应底物，在DNA聚合酶的催化下，使脱氧核苷酸之间形成3'，5'-磷酸二酯键，生成脱氧核苷酸长链，同时生成焦磷酸。实际上，DNA合成的反应是很复杂的，催化反应的酶和蛋白质因子也有多种，现将参与复制主要的酶和蛋白质因子介绍如下：

　(1)DNA聚合酶：①原核细胞：以大肠杆菌为例，已发现DNA聚合酶Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ，都是多功能酶，既有5'→3'聚合酶活性，又有3'→5'外切酶活性，DNA聚合酶Ⅰ还有5'→3'外切酶活性。DNA聚合酶Ⅰ的主要功能是修复DNA的损伤，在复制中还能切除RNA引物并填补留下的空隙。DNA聚合酶Ⅱ的作用是损伤修复。DNA聚合酶Ⅲ是DNA的复制酶。新近研究发现的DNA聚合酶Ⅳ和Ⅴ，它们涉及DNA的错误倾向修复。

　②真核细胞：DNA聚合酶α，β，γ，δ和ε，其中DNA聚合酶α和δ真正具有合成新链的复制作用；β和ε参与DNA的损伤修复，γ负责线粒体DNA的复制。

　(2)引物合成酶和引发体：引物合成酶又称引发酶，催化RNA引物的合成，该酶作用时需与另外的蛋白结合形成引发体才具有催化活性。

　(3)DNA连接酶：催化双链DNA一条链上切口处相邻5'-磷酸基和3'-羟基生成磷酸二酯键的酶。连接酶作用的过程中，在原核细胞中以NAD+提供能量，在真核细胞中以ATP提供能量。

　(4)DNA解螺旋酶：催化：DNA双螺旋解链的酶。

　(5)DNA单链结合蛋白(SSB)：与DNA分开的单链结合，起稳定DNA的单链、阻止复性和保护单链不被核酸酶降解的作用。

　(6)拓扑异构酶Ⅰ：消除DNA的负超螺旋，改变DNA的超螺旋数。

　(7)拓扑异构酶Ⅱ：引入负超螺旋，消除复制叉前进带来的扭曲张力。

　DNA复制的基本规律总结如下：

　①复制过程是半保留的；

　②细菌或病毒DNA的复制通常是由特定的复制起始位点开始，真核细胞染色体DNA复制则可以在多个不同部位起始；

　③复制可以是单向的或是双向的，以双向较为常见，两个方向复制的速度不一定相同；

　④两条DNA链合成的方向均是从5'向3'方向进行的；

　⑤复制是半不连续的，即其中一条前导链的合成是相对连续的，而滞后链的合成则是不连续的；

　⑥滞后链中各短片段在开始复制时，先形成短片段RNA作为DNA合成的引物，这一RNA片段以后被切除，并由DNA聚合酶Ⅰ催化填补余下的空隙，再由DNA连接酶连接各片段成完整的链。

　⑦复制的终止是在终止区，由两个向前移动的复制叉相遇而停止的。

　原核细胞DNA的复制只能从一个特定位点开始，在另一个特定位点终止，这种能够独立进行复制的单位称为复制子。其DNA复制过程可概括如下：

　①首先由拓扑异构酶解除DNA的超螺旋结构，接着在解链酶作用下DNA双链局部解链，单链结合蛋白立即与其结合，防止再形成双链；

　②在复制起点上组装引发体，其中的引发酶合成RNA引物；

　③以亲代单链DNA为模板，DNA聚合酶Ⅲ在引物3'端按碱基互补的原则催化合成新的DNA链；

　④在复制叉上，一条链自起点开始以5'→3'的方向连续合成，称为前导链，另一条链则首先按5'→3'的方向合成若干片段(冈崎片段)，再由DNA聚合酶Ⅰ切除RNA引物并填补空隙，后由DNA连接酶把这些片段连接成完整的链，因此称为滞后链，此种方式被称为半不连续复制。

　⑤复制的终止是在终止区，由两个向前移动的复制叉相遇而停止。Tus-ter复合物阻挡复制叉的前行。由拓扑异构酶Ⅳ(属于拓扑异构酶Ⅱ的一种)作用，使复制叉解体，释放出子链DNA。