KaryMullis發明的PCR技術包括變性(95℃)、退火(55~70℃)和延展(72℃)三步反應，通常PCR過程中不少于40℃，通過一次循環，DNA分子的數量就增加一倍。Kopp等將PCR技術成功地應用于微流控芯片，為微流控制技術開辟了一個全新的診斷領域，實現了實時PCR、數字PCR等技術。以PCR技術為基礎的微流控芯片主要是在時域、空域上進行加熱或冷卻，也可分為室內固定PCR和連續流動PCR。瞬時域PCR微流動控制芯片，是一種在微流控芯片內對反應室進行刻蝕，通過反應室內溫度的變化實現熱循環放大。與FAM探針或染料相結合，單用一個熒光通道就能檢測多個qPCR。

持續流式PCR系統，即空間域PCR微流控芯片，是在芯片所在的環境中設置三個恒溫區域，流體流經不同溫度區時，體驗不同溫度從而實現熱循環，在微流體控制芯片裝置上，通過改變混合液的流速來調節其持續時間，它是通過流變、退火、延伸等過程實現PCR擴增。持續流式PCR微流控芯片中最常用的是帶有蛇形通道的微流控芯片，在泵的作用下，在不同溫度范圍內實現對目標基因的擴增；建立連續流式PCR微流控芯片，在流體流經管道時環繞加熱器進行旋轉加熱；隨著系統中壓力的改變，液體塞子在一定溫度范圍內運動。利用鐵磁流體塞作為閥門和執行機構，構造了帶鐵磁塞的連續流PCR微流體芯片，通過磁鐵對其位置進行控制，使微流體流經固定溫度區，從而進行PCR反應，防止樣品的蒸發。

Matsuda等通過一個旋轉儀器，將液滴在反應管內轉動，使液滴在管內運動。連續流PCR芯片周期比時域PCR芯片具有更低的功耗和更快的響應速度，但其延展時間和變性時間依賴于系統設計，缺乏靈活性。另外，在連續流PCR芯片中，往往很難實現實時檢測，而沒有小尺寸的驅動流體流動所需的元件，就會導致整個操作系統過于龐大而無法攜帶(SUNetal.,2007)。所以，盡管基于PCR技術的微流控芯片有很大的優越性，它能大大簡化操作步驟，提高效率，縮短檢測時間，減少試劑消耗，能迅速傳熱，可移植性好，但需要熱循環，對加熱裝置等儀器設備有較高要求。