Sendo suporte da informação genética, o DNA necessita de se auto-reproduzir fazendo cópias dessa informação, de modo a transmiti-la de geração em geração.

O mecanismo da replicação envolve:
- desenrolamento do DNA;
- rompimento, por acção enzimática (polimerases), de pontes de hidrogénio entre bases complementares;
- incorporação de nucleótidos, por complementridade, com formação de duas novas cadeias.

A replicação é semiconservativa - cada cópia de molécula de DNA contém uma das cadeias da molécula de DNA original e uma cadeia que se formou de novo segundo a regra da complementaridade de bases.
A replicação semiconservativa foi confirmada experimentalmente, em 1958, por Meselson e Stahl.

Esta replicação semiconservativa permite explicar a transmissão do programa genético e a relativa estabilidade da composição do DNA no decurso das divisões celulares.