一旦病毒基因組進入細胞核，就將進行一系列的復雜而有序的逐級放大的剪切和轉錄過程。一般的，以病毒DNA開始復制為分界線，按轉錄時間的先后，將腺病毒基因大致區分為早期（E1~4）和晚期轉錄單位（L1~5）。各種腺病毒基因又可以進一步地分為更小的轉錄單位，如E1區可以進一步分為E1A和E1B，每個轉錄單位都至少有一個獨特的啟動子。腺病毒基因組進入細胞核后，細胞轉錄因子首先與E1A區上游的增強子結合，表達E1A蛋白，該蛋白的作用是調節細胞代謝，使病毒DNA更易于在細胞中復制。E1A蛋白還可以激活其他早期基因（E1B、E2A、E2B、E3和E4）的啟動子，其中E2B驅動另外三個與病毒復制有關的早期基因轉錄單位末端蛋白前體（pTP, precursor terminal protein）、單鏈DNA結合蛋白（ssDBP, single-stranded DNA binding proteins）以及DNA聚合酶（DNA pol, DNA polymerase）的表達，這三個基因的表達產物緊密地結合成一個復合物，與至少三種細胞蛋白相互作用，啟動病毒基因組的復制。
一般而言，DNA的復制是由RNA啟動的，而在腺病毒卻是所謂的蛋白啟動（protein-priming）。如前所述，腺病毒雙鏈DNA的每條單鏈的5′端有pTP蛋白結合，pTP通過其Ser-OH與DNA 5′端的dCMP 5′磷酸之間形成磷酸二脂鍵。腺病毒的DNA復制首先是以5′端結合有pTP的dCMP作為引物，以3′端的末端反向重復序列（ITR）為模板，進行鏈置換（strand displacement）合成，置換出的單鏈分子可以自我退火環化，形成鍋柄樣環形分子，然后這種環形分子再以相同的機制合成出子代雙鏈DNA分子。
病毒基因組復制通常在感染后數小時開始，同時早期基因的轉錄和翻譯被關閉，晚期基因開始表達。大部分的晚期基因的轉錄是以一個共同的主要晚期啟動子（MLP, Major Late Promoter）調控的。實際上，MLP的活性與病毒基因組復制密切相關，有研究表明一旦腺病毒基因組開始復制MLP的活性將明顯增強，對此我們將另外行文詳述。晚期基因主要編碼腺病毒的結構蛋白。病毒結構蛋白在細胞核內聚集形成病毒衣殼，病毒的基因組被包裝進去，形成有感染能力的病毒顆粒，并最終裂解宿主細胞被釋放出去，完成腺病毒的生活周期。腺病毒有明顯的種屬特異性，人的野生型5型腺病毒（wtAd5）感染其他的非人類細胞（如鼠類細胞）后可以表達早期基因，基因組也可有一定程度的復制并能夠形成一些不成熟的病毒顆粒，卻不能形成成熟的病毒顆粒，也不能二次感染其他細胞。