Synthese ist die Vervollständigung des Einzelstrangs zum Doppelstrang durch die Polymerase.
Die Neusynthese der Stränge beginnt am 3'-OH der angelagerten Primer. Geschwindigkeit und Effizienz der Synthese hängen von der eingesetzten Polymerase und ihrem Temperaturoptimum ab. Das Temperaturoptimum und die Halbwertszeit können von Enzym zu Enzym unterschiedlich sein. Diese Informationen sollten aus den Unterlagen des Herstellers zu entnehmen sein.
Die Synthese endet gewöhnlich spätestens bei 6.000 bis 7.000 Nucleotiden. Bei der bekanntesten Polymerase, der Taq-Polymerase, kann dieser Wert auch nicht durch eine starke Verlängerung der Synthesephase erhöht werden. Ganz offenbar akkumulieren sich Fehler, so dass die Polymerase ab einer gewissen Länge immer häufiger unspezifisch abbricht. Nimmt man jedoch eine Polymerase mit proof reading-Funktion, also mit Qualitätskontrolle, so kann man bis zu einer Länge von 40.000 Nucleotiden synthetisieren. Solche Systeme sind kommerziell unter den Namen Herkulase von Promega oder Expand PCR von ROCHE© erhältlich. Hier sind naturgemäß sehr viel längere Synthesephasen erforderlich.
