Primerlerin Uzatılması (Extension) Evresi: Bağlanma tamamlandıktan sonra primer hibritleştiği tek dalın karşılığını sentezler. Bu sentez için termostabil özelliği olan ve Thermus aquaticus adlı bakteriden elde edilen Taq polimeraz enzimi kullanılır. Bu enzim PCR’la DNA sentezi için gerekli olan yüksek optimum ısıya (Topt) sahiptir. Taq polimeraz 72 C sıcaklıkta daha iyi çalıştığı için genel olarak tüm çoğaltma işlemleri bu sıcaklıkta yapılmaktadır.