環狀DNA可以采取上述典型的DNA復制方式進行復制，即從復制起點開始，雙向同時進行，形成θ樣中間物，故又稱"θ"型復制，最后兩個復制方向相遇而終止復制。但有些環狀DNA采用另個一種方式，即滾環復制。例如許多病毒DNA的復制、F因子在接合（conjugation）轉移時其DNA的復制，以及許多基因擴增時都采用這種方式。
在以這種機制進行的復制中，親代雙鏈DNA的一條鏈在DNA復制起點處被切開，其5'端游離出來。這樣，DNA聚合酶Ⅲ便可以將脫氧核糖核苷酸聚合在3'-OH端。當復制向前進行時，親代DNA上被切斷的5'端繼續游離下來，并且很快被單鏈結合蛋白所結合。因為5'端從環上向下解鏈的同時伴有環狀雙鏈DNA環繞其軸不斷的旋轉，而且以3'-OH端為引物的DNA生長鏈則不斷地以另一條環狀DNA鏈為模板向前延伸，因而稱為滾環復制。由于只有一條DNA鏈是完整的，因而在DNA解鏈時不會產生拓撲學上的問題，即未解鏈的雙螺旋區不會產生超螺旋。當5'-端從環上解下來后不久，即與單鏈結合蛋白結合，以后可移動的引發體便在其上形成，以引發RNA引物的合成，然后由DNA聚合酶Ⅲ催化合成岡崎片段。這個過程與前述的DNA滯后鏈的合成一樣。
最后由DNA聚合酶Ⅰ切除RNA引物，并填充間隙構成完整的DNA鏈。5'端所以能從環上不斷解鏈，主要是由于DNA聚合酶Ⅲ及引發體構成的復制體中的螺旋酶不停的向前移動所致。在這種復制方式中，DNA的延伸可以一直進行下去，產生的DNA鏈可以是親代DNA單位長度的許多倍。這么長的DNA鏈是如何轉變為單位長度的DNA分子的，目前尚不清楚。可能是由特異的內切酶切開產生單位長度的子代DNA。這些DNA可自身環繞，或保持線性分子狀態 。