Für Abstammungsuntersuchungen wird die Erbsubstanz des Menschen, die DNA (Desoxyribonukleinsäure), untersucht. Diese befindet sich im Kern jeder Zelle und setzt sich aus 4 Grundbausteinen, den Basen Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin zusammen. Über ein Zucker-Phosphatgerüst sind diese paarweise verbunden und bilden so den DNA-Doppelstrang (Doppelhelix).

Die Basenfolge der DNA liest sich wie Buchstaben eines Textes, in dem die Anleitung für Bau und Betrieb eines Organismus in verschlüsselter Form beschrieben ist. 

Innerhalb der Basenfolge gibt es Abschnitte, die für bestimmte Eiweißstoffe zuständig sind, diese Abschnitte werden als Gene bezeichnet. Zwischen den Genen befinden sich immer wieder Abschnitte, die keine genetischen Informationen enthalten. Bestimmte derartige Abschnitte, man nennt sie STR-Merkmalssysteme, haben innerhalb der Bevölkerung eine hohe Variabilität und werden deshalb für die DNA-Analytik in Abstammungsfragen herangezogen.

Jeder Mensch besitzt in jedem STR-Merkmalssystem zwei Merkmalsausführungen (Allele), von denen eines von der Mutter, das andere vom Vater stammt. Aufgrund dieses Zusammenhanges können Abstammungsverhältnisse geklärt werden. Die Allele werden als Zahlenwerte angegeben, man bezeichnet diese Zahlenkombinationen als DNA-Profil. 

Zur Klärung einer Vaterschaft werden zunächst die kindlichen Allele mit denen der Mutter verglichen. Die Allele, die  ein Kind nicht von seiner Mutter geerbt hat, müssen vom biologischen Vater stammen. Weist der untersuchte Putativvater keine Übereinstimmungen mit den väterlichen Allelen des Kindes auf, kann er als biologischer Vater ausgeschlossen werden. Können die väterlichen Allele beim untersuchten Mann jedoch nachgewiesen werden, kommt dieser als biologischer Vater in Frage. Eine solche Allelverteilung ist in der Beispieltabelle rechts dargestellt  (schematischer Ausschnitt, 5 STR-Marker).  

Bei Vaterschaftsuntersuchungen ohne Einbezug der Mutter wird lediglich geprüft, ob Kind und Putativvater in jedem Merkmalssystem mindestens ein gemeinsames Allel aufweisen, die Trennung in mütterliche und väterliche Allele des Kindes kann dann nicht erfolgen

Eine biostatistische Berechnung (nach Essen-Möller) beurteilt abschließend die Wahrscheinlichkeit einer bestehenden Vaterschaft. Bei einem Wahrscheinlichkeitswert von mehr als  99,9 %, ein Wert der regelmäßig deutlich übertroffen wird, gilt die Vaterschaft als „praktisch erwiesen“.