De replicatie van DNA vindt plaats tijdens de S-fase (synthesefase) van de celcyclus. Deze fase vindt plaats tussen de eerste gap-fase (G1-fase) en de tweede gap-fase (G2-fase) van de celcyclus en is cruciaal voor het nauwkeurig doorgeven van genetisch materiaal aan dochtercellen tijdens de celdeling. Tijdens de S-fase ontrolt bestaand DNA zich en scheidt het zich in individuele strengen, die dienen als sjablonen voor de synthese van nieuwe, complementaire strengen. Verschillende eiwitten en enzymen, waaronder DNA-polymerase, spelen een cruciale rol bij het nauwkeurig kopiëren van DNA tijdens replicatie. Uiteindelijk bereidt de duplicatie van DNA in de S-fase de cel voor op nauwkeurige chromosomale segregatie, waardoor de overerving van een complete set genen aan beide dochtercellen bij celdeling wordt verzekerd.