CRISPR được phát hiện lần đầu tiên ở trong vi khuẩn và vi khuẩn cổ năm 1987 (Ishino et al., 1987). Tại thời điểm đó, CRISPR được mô tả là một họ các trình tự DNA ngắn xuôi ngược lặp lại (đọc theo hướng xuôi hay ngược thì đều có trình tự DNA giống nhau) và các trình tự này được ngăn cách với nhau bởi các vùng đệm (spacer).
CRISPR/Cas9 là hệ thống được mô tả lần đầu tiên và được dùng phổ biến. Hệ thống CRISPR/Cas9 bao gồm 2 thành phần: enzyme Cas9 nuclease và RNA dẫn đường. Nhờ đoạn trình tự bổ sung của RNA dẫn đường với trình tự đích mà phức hợp này có thể tìm thấy vị trí cần chỉnh sửa trên hệ gene. Để có thể hoạt động, hệ thống CRISPR còn yêu cầu một trình tự ngắn từ 2-5 nucleotides trên DNA đích được gọi là protospacer associated motif (PAM) ngay sau đoạn bổ sung của RNA dẫn đường (đối với CRISPR/Cas9 của vi khuẩn S.pyogenes thì trình tự này là 5’-NGG, trong đó N là bất kỳ nucleotide nào). Khi phức hợp Cas9 và guide RNA bám vào trình tự đích, enzyme Cas9 sẽ dùng 2 tiểu phần HNH và RuVC của mình để cắt đoạn DNA trên cả 2 mạch tại vị trí nucleotide thứ 3-4 phía trước PAM.

Theo cơ chế tự sửa chữa của tế bào, đoạn DNA sau khi bị cắt sẽ được hàn gắn lại theo 2 con đường: con đường ghép nối không tương đồng (non-homologous end joing NHEJ và con đường sửa chữa tái tổ hợp tương đồng (homology directed repair – HDR). Con đường sửa chữa NHEJ sẽ tạo ra các đột biến mất hoặc thêm nucleotide, trong khi con đường sửa chữa HDR sử dụng khuôn mẫu có trình tự tương đồng ở khớp nối nên bảo toàn được trình tự DNA. Thông qua cơ chế cắt và nối DNA này các nhà khoa học có thể thêm, xoá, thay đổi trình tự DNA trong hệ gene. Công cụ CRISPR được ví như một chiếc “kéo sinh học” giúp các nhà khoa học có thể dung làm “phẫu thuật phân tử” nhờ khả năng cắt một cách chính xác tại vị trí mong muốn và từ đó giúp chỉnh sửa hệ gene trong tế bào.