Xét nghiệm HIV PCR (Polemerase Chain Reaction, phản ứng chuỗi polymerase) được cho là xét nghiệm có giá trị rất cao và được thực hiện từ trong giai đoạn sớm. Chúng tạo ra một lượng lớn bản sao DNA hay khuếch đại gen với mục tiêu trong ống nghiệm dựa vào các chu kỳ nhiệt. Đây là một phương pháp xét nghiệm có độ nhậy và độ đặc hiệu rất cao.

Mỗi chu kỳ tiến hành xét nghiệm HIV PCR gồm có 3 bước:

- Bước 1: Biến tính tách rời 2 chuỗi của phân tử DNA đích ở nhiệt độ 940 - 950.

- Bước 2: Bắt cặp bao gồm các cặp mồi đặc hiệu cho một trình tự DNA xác định bắt cặp với sợi DNA đích ở nhiệt độ 400 - 700.

- Bước 3: Tổng hợp, kéo dài. Ở nhiệt độ 720, Taq polymerase sẽ hoạt động tổng hợp sợi DNA có trình tự bổ sung cho sợi khuôn.

Ngoài ra, trong chẩn đoán nhiễm HIV ở trẻ sơ sinh, ngoài RT- PCR còn dùng PCR phát hiện các DNA provirus trong các tế bào nhiễm bệnh

PCR được thực hiện trên 3 vùng gen: env, gag và pol. Kết quả sẽ được trả lời là dương tính khi có PCR dương tính ít nhất là ở trên hai trong ba gen và được thực hiện trên hai mẫu máu ở những thời điểm khác nhau.

Xét nghiệm HIV PCR thường có giá thành đắt hơn so với các xét nghiệm khác bởi hầu hết hóa chất để làm phản ứng đều phải nhập ngoại và phải mua với giá rất cao. Chưa kể, các thiết bị để làm xét nghiệm PCR cũng sẽ lên đến vài chục ngàn USD/máy. Để xét nghiệm một bệnh phẩm, thông thường, người bệnh phải tốn 8-10 USD/lần.

Do đó xét nghiệm PCR chỉ nên dùng trong trường hợp cần chẩn đoán những bệnh đặc hiệu, liên quan đến các loại virus mà những phương pháp vi sinh truyền thống không thể triển khai nuôi cấy được (hay nuôi cấy được nhưng độ nhạy rất thấp và cho ra kết quả chậm) như bệnh lao, HIV, viêm gan siêu vi B, viêm gan siêu vi C, H5N1, sốt xuất huyết).