Al carecer de las enzimas biosintéticas necesarias para su replicación, los virus no pueden replicarse en medios de cultivo inertes sino que necesitan de células vivas. La replicación se realiza en el interior de una célula  huésped susceptible.

En los comienzos de la virología, se utilizaron embriones de pollo o pato y/o animales de experimentación para replicar los virus. Posteriormente, con el advenimiento de las técnicas para mantener vivas células “in vitro” se pudieron desarrollar numerosos cultivos celulares, aptos para la replicación de la mayoría de los virus que causan patología humana y animal. En la actualidad, para el aislamiento de virus se utilizan casi exclusivamente los cultivos celulares.

Luego de la penetración del virus en una célula susceptible, la replicación se lleva a cabo utilizando los mecanismos biosintéticos de la célula, dirigidos por la información contenida en el ácido nucleico viral. Este actúa como codificador de los mecanismos enzimáticos de síntesis de ácidos nucleicos y proteínas. De esta forma, la célula parasitada por un virus e vez de producir sus propios ácidos nucleicos y proteínas, recibe órdenes codificadas en el genoma viral parta sintetizar productos virales que, luego de su ensamble, darán lugar a la formación de nuevos viriones. Estos saldrán de la célula donde replicaron para iniciar nuevos ciclos de replicación en otras células susceptibles.

La replicación viral puede dividirse en las siguientes fases:

1. Adsorción: que depende de la interacción de proteínas de superficie del virus con receptores celulares específicos. Por ejemplo el receptor CD4 del linfocito T y la glicoproteína gp120 del virus HIV, las hemaglutininas de los virus influenza y los receptores de ácido acetil-neuramínico en la superficie de las células epiteliales, etc.
2. Penetración y decapsidación: la penetración a través de la membrana plasmática de la célula  puede efectuarse por los siguientes mecanismos: por pasaje directo, por fusión de la membrana celular con la envoltura viral, o por endocitosis o viropexis, mecanismo más frecuente, es un fenómeno similar a la fagocitosis, en el cual el virus es incluído en una vacuola fagocítica. Luego de la penetración se produce la decapsidación, es decir la liberación del ácido nucleico viral de la nucleocápside.
3.  Eclipse: en esta etapa no pueden observarse viriones en el interior de la célula, ni se recupera virus infeccioso.
4. Latencia: este período va desde que se pierde la infectividad inicial hasta que se la recupera debido a la aparición de los nuevos viriones. Durante las etapas de eclipse y latencia ocurre la biosíntesis de los ácidos nucleicos y de las proteínas virales.
5. Maduración: de produce el ensamble de los ácidos nucleicos neoformados con las proteínas de la cápside.
6. Liberación: los nuevos viriones salen de la célula por lisis de la misma, como el virus polio; o bien por brotación a través de la membrana celular, como los paramixovirus o arenavirus; o de la membrana nuclear, como los herpesvirus o del retículo endoplásmico, como los togavirus.

El conociomiento detallado de las fases de replicación viral es fundamental para el desarrollo de drogas antivirales que actúen en pasos específicos de la misma.

Los virus DNA se multiplican en el núcleo célula parasitada y utilizan la DNA polimerasa celular para su replicación, excepto el de la viruela y afines que se replican en el citoplasma ya que poseen una DNA polimerasa propia. En el núcleo se transcribe RNAm complementario del DNA vírico, y estos mensajeros salen al citoplasma iniciando la síntesis proteica. Algunas proteínas poseen función estructural, como las que constituyen el material de soporte para el ácido nucleico, las de los capsómeros que forman la cápside, las glicoproteinas del peplo y otras, como las polimerasas de los ácidos nucleicos, poseen actividades funcionales enzimáticas.

Los virus RNA se multiplican en el citoplasma de la célula y pueden clasificarse en dos grupos, unos denominados por convención de polaridad positiva, en los que su ácido nucleico puede actuar directamente como mensajero en los ribosomas iniciándose todo el proceso de replicación, y otros de polaridad negativa cuya secuencia de bases es complementaria a la del mensajero y no pueden actuar como tal, por lo que debe efectuarse previamente una copia del mismo la cual si que actúa como mensajero. Esta copia se produce por la acción de una RNA polimerasa-RNA dependiente. Los mensajeros, entonces, inician la síntesis de las proteínas de la cápside, de las estructurales asociadas al genoma y de las polimerasas, permitiendo la replicación del RNA genómico y el posterior ensamblaje de todas estas estructuras.

Ofrecen un interés especial de los retrovirus que son virus RNA que poseen una DNA polimerasa – RNA dependiente, transcriptasa reversa. En ellos se transcribe DNA bicaterio a partir del RNA vírico mediante la transcriptasa inversa del virus. Este DNA se integra en el genoma de la célula parasitada. Posteriormente RNA polimerasas celulares, pueden transcribir RNA de diversa longitud tomando como molde DNA integrado. Estos fragmentos de RNA actúan como mensajero para la síntesis de enzimas y capsómeros que permitirán la formación del virión, cuyo genoma está constituido por copias completas de RNA efectuadas sobre el DNA integrado.

Fenómeno de Interferencia

La infección de un animal o un cultivo celular con dos virus diferentes conlleva, en general, la inhibición de la multiplicación de uno de ellos. Este fenómeno se denomina interferencia y se produce por diversos mecanismos como la competición para utilizar los ribosomas por los RNAm, o la inactivación del genoma de un virus por algunas de las proteínas sintetizadas por el otro.
Algunos virus replicándose solos en una célula dan lugar a la formación progresiva de viriones incompletos, defectivos, incapaces de pasar a otras células y de seguir replicándose (autointerferencia). La interferencia producida por estos mecanismos se denomina intrínseca.
La interferencia extrínseca responde a un mecanismo diferente y se produce por la liberación por la célula infectada de unas sustancias denominadas interferones que actúan sobre las células contiguas impidiendo la replicación de los virus cuando penetran en ellas. La interferencia extrínseca es un mecanismo de defensa antivírica de notable eficacia.