Die immer noch wichtigste und wirtschaftlich interessanteste Anwendung der PCR liegt in der medizinischen Diagnostik. Mit Hilfe weniger Tropfen Blut, einer Gewebeprobe oder weniger Zellen einer Bakterienkolonie lässt sich klar nachweisen, ob eine bestimmte DNA vorhanden ist. Voraussetzung dazu ist, dass die Ursache z.B. einer viralen Erkrankung molekularbiologisch ausreichend gut bekannt ist. In der Zwischenzeit hat man für viele krankheitsverursachende Keime und für viele Viren Standardprimer, so dass eine routinemäßige PCR-Amplifikation in nahezu jeder Praxis für Laboratoriumsdiagnostik möglich ist. Die Methode führt auf einem Agarose-Gel zu Banden bestimmter Größe, die dem Krankheitsbild zugeordnet werden können. Die moderne Entwicklung geht dahin, dass man fluoreszierende Nucleosidtriphosphate einsetzt, die dann mit Hilfe von automatischen Photometern die Auswertung übernehmen. Mit Hilfe solcher auch Light-Cycler genannter Geräte sind heute auch sehr große Untersuchungsreihen nur noch eine Frage von Stunden.