Il primo passo di tali tecniche di manipolazione dei geni è stato certamente la scoperta degli enzimi di restrizione, per la quale Werner Arber, Daniel Nathans ed Hamilton Smith ricevettero il Premio Nobel per la Medicina nel 1978. Tali enzimi sono in grado di tagliare le molecole di DNA in siti appositi, le sequenze di riconoscimento. Esistono diversi tipi di enzimi di restrizione; alcuni tagliano di netto la molecola di acido nucleico, altri tagliano i due filamenti con lo scarto di alcuni nucleotidi: di conseguenza rimane una breve sequenza di nucleotidi spaiati su ciascuna estremità del taglio. Queste estremità sono dette coesive, in quanto possono riformare spontaneamente dei legami idrogeno tra di loro riattaccandosi grazie ad un enzima chiamato DNA-ligasi. Gli specifici segmenti che risultano dall'azione di un determinato enzima di restrizione sono chiamati frammenti di restrizione. Per produrre molte copie di segmenti di DNA si utilizzano due tecniche: la clonazione del DNA, in cui i segmenti da copiare sono introdotti nei batteri tramite plasmidi e batteriofagi, e la reazione a catena della polimerasi (PCR), molto più rapida ma che richiede una maggiore conoscenza della sequenza da copiare.