La réplication semi-conservative de l'ADN se fait grâce à des complexes enzymatiques auxquels on donne le nom d'ADN polymérase. Ce complexe ouvre la molécule d'ADN "à la manière d'une fermeture éclair" puis va permettre la fixation de nucléotides libres, disponibles dans le noyau de la cellule, sur les bases complémentaires de la chaîne ainsi ouverte. Deux nouvelles molécules d'ADN vont ainsi être construites composées chacune d'un brin de l'ancienne molécule et d'un brin nouvellement formé. On dit que la réplication se fait suivant un mode semi-conservatif. Des milliers d'enzymes ADN polymérases (en rose sur l'animation) opèrent de cette manière tout au long des 46 molécules d'ADN contenues dans le noyau des cellules humaines. En quelques heures toutes les molécules sont répliquées ; chaque "chromosome" a ainsi son double ; les deux copies, encore attachées par leur centromère, seront parfaitement visibles sous forme de deux chromatides lorsque les molécules d'ADN se condenseront au tout début de la première phase de la division cellulaire.
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