Quá trình nhân đôi ADN diễn ra trong giai đoạn S (synthesis) của chu kỳ tế bào. Giai đoạn S là giai đoạn kì trung gian giữa giai đoạn G1 (growing phase 1) và giai đoạn G2 (growing phase 2) trong chu kỳ tế bào. Trong giai đoạn S, ADN được sao chép hoàn toàn để tạo ra hai bản sao của nó, mỗi bản sao sẽ được sử dụng trong quá trình phân bào tiếp theo.