Die Magnesium-Ionen erfüllen bei der PCR drei Aufgaben: Erstens fungieren sie als Cofaktor der Polymerase, bilden zweitens lösliche Komplexe mit den dNTPs und wirken drittens sowohl auf die spezifische als auch die unspezifische Anlagerung des Primers an die Template-DNA stabilisierend.
In der Praxis ist es erforderlich, die Konzentration an Magnesium-Ionen jeweils neu zu optimieren. Das gilt besonders, wenn man trotz sorgfältiger Wahl der Primer (gleiche Temperatur etc.) kein Produkt beobachtet. Man kann die Magnesium-Konzentration verringern, bekommt aber in der Regel weniger spezifische Produkte; durch das Auftreten eines Schmiers erkennbar. Dasselbe gilt für die Erhöhung der Konzentration. Nur wenn eine scharfe Bande singulär in der Analyse erscheint, kann man sicher sein, das richtige Produkt erhalten zu haben. Die Abbildung demonstriert den Einfluss des Magnesiums an einem Beispiel aus der Praxis. Bei zu hohen Konzentrationen sinkt die Ausbeute spezifischer Produkte wieder auf null ab, unspezifische Banden aller Größen dominieren das Bild (hier nicht gezeigt).