Quá trình tổng hợp RNA gọi là phiên mã, luôn cần sự xúc tác của enzym RNA polymerase sử dụng một mạch khuôn của gen trên DNA. Sự khởi đầu phiên mã bắt đầu bằng enzyme gắn kết vào trình tự khởi động trong DNA ở phía "thượng nguồn" của gen.

• Chuỗi xoắn kép DNA ở vùng có gen cần phiên mã đầu tiên phải được tháo xoắn nhờ tôpôizômêraza, sau đó được dãn mạch và tách đôi nhờ enzym hêlicaza.
• Enzym RNA polymerase trượt dọc theo sợi khuôn mẫu (mạch gốc) theo chiều 3’ đến 5’ của gen, tổng hợp lên chuỗi pôlyribônuclêôtit theo nguyên tắc bổ sung, được kéo dài theo hướng 5’ đến 3’ (ngược lại với hướng di chuyển của enzym này). Trình tự các đêôxyribônuclêôtit trên mạch gốc của gen không chỉ quyết định trình tự chuỗi pôlyribônuclêôtit của RNA, mà còn quy định cả sự kết thúc của quá trình phiên mã.[24]
• Ở tế bào nhân thực, RNA vừa được phiên mã mới chỉ là tiền RNA (pre RNA) hay ARN sơ khai. Nó phải trải qua quá một quá trình gọi là biến đổi sau phiên mã mới tạo nên ARN trưởng thành. Trong quá trình xử lý ARN:
  • Đầu 5' của nó được gắn "chóp" GTP, còn đầu 3' của nó sẽ được gắn "đuôi" là pôlyA.
  • ARN sơ khai cần phải được cắt bỏ hết các intron (vùng không mã hóa), rồi các intron này sẽ bị phân giải;
  • Các intrôn (đoạn không có mã) của nó bị cắt bỏ, còn các êxôn (đoạn có mã) sẽ nối với nhau tạo thành một chuỗi bộ ba mã di truyền liên tục. Giai đoạn này gọi là cắt nối ARN.

Quá trình trên được thực hiện nhờ nhiều nhân tố, nhưng quan trọng nhất là spliceosome (thể chế biến) là một tổ hợp phân tử lớn và phức tạp. Sau khi chế biến hoàn tất, ARN trưởng thành được tạo ra và mới được xuất ra tế bào chất qua lỗ nhân.

Ở một số ít nhóm sinh vật, còn có một số RNA polymerase phụ thuộc RNA (RNA-dependent RNA polymerase) sử dụng RNA làm khuôn mẫu cho tổng hợp lên sợi RNA mới. Ví dụ, một số virus RNA (như poliovirus) sử dụng loại enzyme này để sao chép vật liệu di truyền của chúng.[25] Cũng vậy, RNA polymerase phụ thuộc RNA là một phần trong lộ trình can thiệp RNA ở nhiều sinh vật.[26]