Birinci aşama (denatürasyon); DNA yapısını bozma (denatürasyon) aşamasıdır. Bu amaçla karışımı yüksek ısıda (94-97°C arasında 15-60 sn) ısıtılır ve çift sarmal ayrı ayrı tek zincir haline döner. DNA içeren bir çözeltide, yüksek sıcaklıkta bazlar arasındaki hidrojen bağları kopar ve çift sarmal “termal denatürasyon” açılır.