اولین مرحله مهم در همانندسازی DNA شناسایی جایگاه شروع همانندسازی و شکستن پیوندهای هیدروژنی میان بازهای دو رشته موازی ناهمسو است. این رویداد ابتدا در مناطق غنی از نوکلئوتیدهای A و T رخ می دهد. دلیل این امر پیوندهای هیدروژنی کمتر میان آدنین و تیمین (2 پیوند) در مقایسه با گوانین و سیتوزین (3 پیوند) است. آنزیم هلیکاز مسئول شکستن پیوندها و باز کردن دو رشته از هم می باشد. نقطه ای که فرآیند همانندسازی از آن شروع می شود، نقطه آغاز همانندسازی (origin of replication) نام دارد و ساختاری که در این منطقه ایجاد می شود به چنگال همانندسازی (replication fork) معروف است. یکی از مهم ترین مراحل شامل اتصال آنزیم RNA پریماز (RNA primase) در نقطه شروع روی زنجیره الگو می باشد. این آنزیم با ایجاد یک RNA کوچک جلوی رشته الگو، در ابتدای فرآیند همانندسازی، یک انتهای 3´-OH آزاد بوجود می آورد تا آنزیم DNA پلیمراز از آن به عنوان نقطه آغاز استفاده نماید. پس از شروع همانندسازی مرحله ادامه طویل سازی رشته انجام می شود که شامل اضافه شدن نوکلئوتیدهای مکمل به ترتیب جلوی الگو می باشد. از آنجا که دو رشته DNA موازی ناهمسو هستند، یکی از رشته ها در جهت 5َ → 3َ و رشته دیگر در جهت 3َ → 5َ می باشد. در صورتی که سنتز DNA تنها در جهت 3َ → 5َ انجام می شود. رشته ای که در مقابل رشته الگوی 5َ → 3َ سنتز می شود به صورت ممتد و در جهت 3َ → 5َ پیش می رود و به رشته رهبر (leading strand) معروف است در صورتی که رشته دیگر که در مقابل رشته 3َ → 5َ سنتز می شود به صورت قطعات ناپیوسته به نام قطعات اکازاکی در جهت 3َ → 5َ از منطقه ای جلوتر سنتز شده و بعداً به هم متصل می شوند تا رشته کامل را بوجود آورند. این رشته به رشته پیرو (lagging strand) معروف است. آنزیم های DNA پلیمراز دیگر و آنزیم هلیکاز با کمک یکدیگر عمل برداشت قطعات RNA پرایمری، پر کردن جای خالی و در نهایت اتصال میان قطعات اکازاکی را برعهده دارند.  در انتهای مرحله طویل سازی، مرحله خاتمه همانندسازی رخ می دهد. این مرحله زمانی اتفاق می افتد که آنزیم DNA پلیمراز به انتهای رشته های الگو می رسد. آنزیم و فاکتورهای پروتئینی کمکی از DNA جدا می شوند و یک مولکول DNA دو رشته ای والدی به دو مولکول DNA دو رشته ای دختری کاملاً یکسان تبدیل می شوند.