กระบวนการของการจำลองดีเอ็นเอเป็นแบบกึ่งอนุรักษ์ (semiconservative) โดยสายเกลียวทั้งสองของดีเอ็นเอจะถูกแยกออกจากกันเพื่อทำหน้าที่เป็นแม่แบบ (template) ในการสร้างสายดีเอ็นเอสายใหม่ และโดยการจับคู่เบสตามแบบวัตสัน-คริก จะทำให้ได้ดีเอ็นเอคู่ใหม่ 2 คู่ที่มีลำดับนิวคลีโอไทด์เหมือนดีเอ็นเอแม่แบบทุกประการ

          ในขณะที่ดีเอ็นเอแม่แบบคลายเกลียวแยกออกจากกัน การสร้างดีเอ็นเอสายใหม่ขึ้นมาจะเกิดขึ้นใน 2 ลักษณะ คือ สายหนึ่งจะถูกสร้างขึ้นในลักษณะที่ต่อเนื่องกันไปเป็นสายยาว  และสร้างไปในทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ของง่ามการจำลอง ซึ่งเรียกว่าสายนำ (leading strand) โดยในสายนำนี้จะถูกสร้างขึ้นโดยการทำงานของเอนไซม์ดีเอ็นเอ โพลิเมอรเรส III (DNA polimerase III) เพียงอย่างเดียว ส่วนอีกลักษณะหนึ่งจะเกิดขึ้นโดยที่อีกสายหนึ่งของดีเอ็นเอที่ถูกแยกแล้ว  จะถูกสร้างขึ้นในลักษณะเป็นช่วงสั้นๆ เป็นระยะๆ อย่างไม่ต่อเนื่อง (ซึ่งช่วงสั้นๆ ของเส้นนั้นเรียกว่าโอกาซากิ แฟรกเมนท์ (okazaki fragments)) และมีทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของง่ามการจำลอง ซึ่งเรียกว่า สายตาม (lagging strand) โดยในสายตามนี้การสร้างดีเอ็นเอสายใหม่จะเริ่มขึ้นด้วยการสร้างอาร์เอ็นเอ ไพรเมอร์ (RNA primer) สั้นๆ ขึ้นก่อนโดยการทำงานของเอนไซม์อาร์เอ็นเอ ไพรเมส (RNA primase) จากนั้นดีเอ็นเอสายใหม่จะถูกสร้างต่อจากอาร์เอ็นเอ ไพรเมอร์อีกทีหนึ่ง การสร้างสายใหม่ในแต่ละช่วงเกิดขึ้นโดยการทำงานของเอนไซม์ดีเอ็นเอ โพลิเมอรเรส III ในทิศทาง 5´ ไปหา 3´ เสมอ ซึ่งเป็นทิศทางที่สวนทางกับสายดีเอ็นเอแม่แบบ ต่อมาเอนไซม์ดีเอ็นเอ โพลิเมอเรส I (DNA polimerase I) จะทำหน้าที่ตัดอาร์เอ็นเอ ไพรเมอร์ออกไป และสร้างสายของดีเอ็นเอเข้าไปแทนที่ สุดท้ายดีเอ็นเอเส้นสั้นๆ ก็จะถูกเชื่อมต่อกันให้เป็นดีเอ็นเอสายยาวได้โดยการทำงานของเอนไซม์ดีเอ็นเอ ไลเกส (DNA ligase)

          เมื่อสิ้นสุดกระบวนการจำลองดีเอ็นเอแล้ว ก็จะได้ดีเอ็นเอเกลียวคู่ 2 คู่ โดยแต่ละสายจะประกอบไปด้วยแม่บแบบ 1 สาย และสายที่สร้างขึ้นใหม่อีก 1 สาย โดยที่ดีเอ็นเอเกลียวคู่ที่เกิดใหม่นั้นจะมีลำดับนิวคลีโอไทด์เหมือนกับดีเอ็นเอแม่แบบทุกประการ

          เซลล์เป็นหน่วยพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด และเซลล์ของสิ่งมีชีวิตจะมีเยื้อหุ้มล้อมรอบเรียกว่า เยื่อหุ้มพลาสมา (plasma membrane) โดยเป็นเยื่อหุ้มที่มีลักษณะเป็นไขมัน 2 ชั้น ที่หันส่วนที่ชอบน้ำออกด้านนอกและส่วนที่ไม่ชอบน้ำเข้าด้านใน (หรือไบเลเยอร์นั่นเอง) จึงทำให้มีผลต่อการควบคุมการผ่านเข้าออกของสารที่จะผ่านชั้นไขมันนี้ โดยสารจำพวกไฮโดรโฟบิก เช่น   และ    และสารชนิดโพลาร์ (หรือมีขั้ว) ที่มีโมเลกุลขนาดเล็ก เช่น , , ยูเรีย และกลีเซอรอล จะสามารถแพร่ผ่านชั้นไขมันของเยื่อหุ้มเซลล์ได้อย่างอิสระ แต่สารชนิดโพลาร์ที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ เช่น กลูโคส หรือที่มีไอออนและโมเลกุลที่มีประจุ เช่น กรดอะมิโน ไฮโดรเจนไอออน โซเดียมไอออน โพแทสเซียมไอออน แคลเซียมไอออน แมกนีเซียมไอออน เป็นต้น สารเหล่านี้ไม่สามารถผ่านชั้นไขมันของเยื่อหุ้มเซลล์ได้ แต่ระบบธรรมชาติอันมหัศจรรย์ก็ได้สร้างช่องทางให้สารจำพวกนี้ผ่านเข้าออกระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์ได้ โดยช่องทางนั้นจะเป็นช่องทางของโปรตีน (protein channel) ที่จัดเรียงตัวอยู่ภายในเยื่อหุ้ม เช่น ช่องสำหรับโพแทสเซียมไอออนและช่องสำหรับโซเดียมไอออน (มีขนาดอยู่ในช่วงระหว่าง 0.3-0.5 นาโนเมตร) ซึ่งช่องสำหรับโพแทสเซียมไอออนและโซเดียมไอออนนั้นเป็นโครงสร้างระดับนาโน  ที่จะมีการทำงานเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างทั้งสองด้านของเยื่อหุ้มเซลล์ (membrane potential) เกิดขึ้น เราจึงเรียกช่องนี้ว่า ช่องเข้าออกเยื่อหุ้มเซลล์ควบคุมด้วยความต่างศักย์ไฟฟ้า (voltage-gated ion channel)

          กระบวนการแลกเปลี่ยนโซเดียมไอออนและโพแทสเซียมไอออน (โซเดียมโพแทสเซียมไอออนปั๊ม) เป็นกระบวนการทำงานของโครงสร้างนาโนช่องเข้าออกเยื่อหุ้มเซลล์ควบคุมด้วยความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ประกอบด้วยขั้นตอนทั้งหมด 6 ขั้นตอนดังนี้
1. โปรตีนขนส่งเอทีพีเอสมีตำแหน่งว่างที่เหมาะสมจะจับโซเดียมไอออนจำนวน 3 ไอออนจากทางด้านในเซลล์
2. โมเลกุลเอทีพีเกิดไฮโดรไลซิส (hydrolysis) แตกตัวเป็นโมเลกุลเอดีพีและฟอสเฟต  จากนั้นโมเลกุลหมู่ฟอสเฟตจับตัวที่โปรตีนขนส่ง
3. เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงร่างของโปรตีนขนส่ง  ทำให้โซเดียมไอออนถูกปล่อยออกนอกเซลล์
4. โปรตีนขนส่งมีตำแหน่งว่างเหมาะสมที่จะจับโพแทสเซียมไอออน  ดังนั้นโพแทสเซียมไอออนที่อยู่ด้านนอกเซลล์จำนวน 2 ไอออนจะเข้าจับที่โปรตีนขนส่ง
5. โปรตีนขนส่งเกิดดีฟอสโฟรีเลชัน (dephosphorylation) ทำให้หมู่ฟอสเฟตถูกปล่อย  ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงร่างของโปรตีนขนส่งอีกครั้ง
6. โปรตีนขนส่งพร้อมที่จะปล่อยโพแทสเซียมไอออนเข้าสู่ภายในเซลล์
           ดังนั้นในกระบวนการของการแลกเปลี่ยนไอออนของโครงสร้างนาโนช่องเข้าออกเยื่อหุ้มเซลล์ควบคุมด้วยความต่างศักย์ไฟฟ้านั้น  จะเกิดการแลกเปลี่ยนกันระหว่างโซเดียมไอออน 3 ไอออนจากภายในเซลล์ถูกส่งออกไปนอกเซลล์  และโพแทสเซียมไอออน 2 ไอออนจากภายนอกเซลล์ถูกส่งให้เข้ามาภายในเซลล์