DNA双螺旋结构的复制机制复杂且精密，其中最为关键的特点是半保留复制。这种复制方式确保每个新生DNA分子都保留了一部分亲代DNA链，这是由Meselson和Stahl在1958年的实验中证实的。复制过程始于特定的复制起始点，这些点具有特定的核苷酸序列，原核生物通常只有一个，而真核生物则有多个。DNA复制需要引物，通常是RNA片段，引导DNA聚合酶开始合成新的DNA链。原核生物的引物长度一般为50-100个核苷酸，而真核生物约为10个。复制是双向进行的，从起始点向两侧扩展，但在某些低等生物中也可能单向进行。

值得注意的是，由于DNA聚合酶只能从5'到3'方向合成子代链，因此模板链的合成方式不同。以3'→5'方向的链为模板的子代链称为领头链，复制过程连续进行；而以5'→3'方向的链为模板的子代链，即随从链，由于限制，聚合不连续，形成的小片段称为冈崎片段。在原核生物中，冈崎片段大约为1000-2000个核苷酸，而在真核生物中则缩短为100个左右。这些细节展示了DNA复制的精确调控和高效执行。