Реплікація ДНК є двонаправленим процесом нитки ДНК є
, тобто 3'-5' в одній нитці і 5'-3' в іншому напрямку. ДНК-полімераза синтезує ДНК у напрямку 5'-3'.
Таким чином, у подвійній спіралі ДНК два з’єднані ланцюги рухаються в протилежних напрямках дозволяючи створення пари між ними, особливість, яка є важливою як для реплікації, так і для транскрипції генетичної інформації.
Авторадіографії таких диференціально мічених хромосом показують дві ділянки з високою щільністю зерен, симетрично розташовані на кільцевих хромосомах. Це демонструє, що початок і закінчення реплікації не є суміжними; тому реплікація повинна була відбуватися у двох напрямках.
Однонаправлений синтез ДНК спостерігається лише у кількох прокаріотів, тоді як двонаправлена реплікація ДНК відбувається у всіх еукаріотів і багатьох прокаріотів.. При односпрямованому синтезі процес реплікації відбувається тільки в одному напрямку. При двонаправленому синтезі процес реплікації відбувається в двох напрямках.
Кажуть, що реплікація ДНК є напівконсервативною через процес реплікації, де отримана подвійна спіраль складається як зі старого, так і з нового ланцюга. Кожен ланцюг подвійної спіралі ДНК буде служити шаблоном для синтезу нового ланцюга.
Потреба в точності ймовірно, пояснює, чому реплікація ДНК відбувається лише в напрямку 5′-3′.Якби існувала ДНК-полімераза, яка додала дезоксирибонуклеозидтрифосфати в напрямку 3'-5', зростаючий кінець 5'-ланцюга, а не вхідний мононуклеотид, переніс би активуючий трифосфат.