يستخدم بوليميراز الحمض النووي في تضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) وتحليل تفاعل البوليميراز المتسلسل العكسي (RT-PCR). وهو إنزيم أساسي في عمليات استخلاص الحمض النووي، وتضخيم الجينات، وتسلسل الحمض النووي. كما يستخدم في تحديد الأنماط الجينية ودراسة التعبير الجيني. يتميز بوليميراز الحمض النووي بقدرته على إضافة نيوكليوتيدات إلى طرف 3'-هيدروكسي لقالب الحمض النووي، مما يجعله حيوياً في تقنيات البيولوجيا الجزيئية مثل استنساخ الحمض النووي، والهندسة الوراثية، والتشخيص الجزيئي.