DNA replikasyonu hücre döngüsünün S fazında (sentez fazı) meydana gelir. Bu faz, hücre döngüsünün ilk boşluk fazı (G1 fazı) ile ikinci boşluk fazı (G2 fazı) arasında gerçekleşir ve hücre bölünmesi sırasında genetik materyalin yavru hücrelere doğru bir şekilde aktarılması için çok önemlidir. S fazı sırasında, mevcut DNA çözülür, ayrı ayrı şeritlere ayrılır ve yeni, tamamlayıcı şeritlerin sentezi için şablon görevi görür. DNA polimerazı da dahil olmak üzere çeşitli proteinler ve enzimler, replikasyon sırasında DNA'nın tam olarak kopyalanmasında önemli rol oynar. Sonuçta, S fazında DNA'nın kopyalanması, hücreyi doğru kromozomal ayrışma için hazırlar ve hücre bölünmesi üzerine her iki yavru hücreye de tam bir gen setinin miras kalmasını sağlar.