Phát minh của nhà bác học dị thường này rất nhiều và đa dạng. Nhưng phát minh lớn nhất đem lại vinh quang cho ông là phản ứng dây chuyền nhờ polymeraza. Men polymeraza chiết ra từ vi khuẩn thermus aquaticus để nhân bản một mẩu ADN lên 200.000 lần. Đoạn AND đặc trưng cho mỗi cá thể ấy được các nhà hình pháp học đặt tên là "vân tay ADN"

Polymeraza là quá trình nhân đôi một ADN nhất định (gọi là mixen) và cứ thế liên tục nhân lên. Khi đun nóng mạch AND, mixen tách ra. Người ta đã thêm vào dung dịch oligonucleotit đặc hiệu, có khả năng liên kết với nucleotit theo một trật tự xác định thành một mạch ADN - polymeraza chứa trong các tế bào đảm bảo khôi phục các phân tử của mixen ADN thành hai, bốn, tám, mười,... đến vô tận.

Nhờ phát minh của Mullis, người ta có thể thu được một lượng ADN tùy ý. Phát minh này được áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực, đăch biệt nó hỗ trợ đắc lực cho những nhà hình sự học trong việc điều tra tội phạm. Chỉ cần một chút da, hay một sợi tóc của thủ phạm để lại trên hiện trường, có thể phát hiện ngay ra thủ phạm một cách chính xác vì men polymeraza có thể nhân đôi lên được vô tận. Ngoài ra, nhờ polymeraza, người ta có thể tiến hành hàng loạt những thí nghiệm khác nhau.