A introdução da PCR permitiu a amplificação de regiões específicas do DNA e aumentou a sensibilidade e especificidade da tipagem molecular.

Atualmente, os métodos baseados em PCR mais frequentemente utilizados em laboratório de HLA podem ser classificados em duas categorias: a primeira, quando a PCR gera um produto que pode ser utilizado em uma segunda técnica, como SSO ou SBT/NGS, e a segunda, quando o produto da PCR é diretamente detectado (PCR-SSP), sem uso de técnica adicional.

Um dos critérios essenciais para a PCR é que a amostra contenha fitas de DNA intactas na região a ser amplificada e que as impurezas estejam suficientemente diluídas para não inibir a polimerização.

Pode-se dividir o processo de amplificação do DNA pela PCR em três etapas: desnaturação (separação da dupla fita de DNA em duas fitas molde); anelamento (etapa em que os primers se ligam às fitas de DNA em locais específicos); e a extensão dos primers anelados pela ação da taq polimerase, que irá sintetizar uma fita de DNA complementar à fita molde. Esse processo todo dá-se em vários ciclos, aumentando exponencialmente o produto amplificado.

Após a reação de PCR, o material amplificado pode ser submetido à eletroforese em gel de agarose, técnica que separa os fragmentos de DNA pela diferença de concentração, os quais posteriormente serão visualizados em luz UV.