Pour l'ensemble des mycobactéries, le diagnostic bactériologique est souvent difficile, en raison du faible rendement de l'examen microscopique direct et de la culture. L'amplification génique par polymérisation en chaîne (PCR) est une technique qui s'est beaucoup développée en microbiologie. La PCR pourrait représenter une avancée majeure dans le diagnostic de la tuberculose ou des mycobactérioses atypiques. Sa sensibilité dépasse rarement 80% et peut être inférieure à 60% par rapport à une culture classique. La spécificité de la PCR tuberculose dépasse rarement 97%, d'où une valeur prédictive positive variant de 5 à 75% selon que l'incidence de la tuberculose dans la population testée varie de 0,2 à 10%. La sensibilité de la PCR par rapport à la culture classique varie 2 à 90% selon les laboratoires. La proportion de faux-positifs varie le plus souvent de 3 à 20%. Grâce à la standardisation et à la simplification des techniques, la fiabilité devrait être améliorée, mais des contrôles de qualité resteront indispensables pour valider la méthode de chaque laboratoire. Actuellement on ne peut, sur un seul résultat de PCR, élaborer ou changer une stratégie thérapeutique.