Mullis utvecklade, under sin tid vid bioteknikföretaget Cetus Corporation, PCR (polymerase chain reaction). Med denna kemiska metod kan DNA-molekyler från biologiskt material snabbt mångfaldigas miljontals gånger. PCR har fått stor betydelse inom till exempel grundläggande forskning, medicinsk diagnostik och kriminalteknologi. År 1993 erhöll Mullis, tillsammans med Michael Smith, Nobelpriset i kemi för