У процесі мейозу відбувається одноразове подвоєння хромосом (реплікація ДНК, як при мітозі) за яким ідуть два цикли клітинних і ядерних поділів (перше і друге ділення мейозу). Під час кожного ділення виділяються профаза, метафаза, анафаза і телофаза.
Інтерфаза подібна до інтерфази мітозу. Клітина збільшується в розмірах, реплікуються органели, гістони і ДНК. Хромосоми представлені двома хроматидами, з’єднаними центромерою. При забарвлюванні чітко виділяються ядерця.
В профазі І, яка теж є найдовшою фазою, відбуваються послідовні зміни хромосом: спочатку профазні d-хромосоми мають форму ниток. Гомологічні хромосоми з ядер материнської і батьківської гамет (однакової довжини, однакове положення центромери, однакове число і послідовність генів) наближуються і кон’югують. Кон’югацію називають також синапсис, вона відбувається по всій довжині хромосом. Пари кон’югованих гомологічних хромосом називають бівалентами.
Коньюгація проходить у кілька етапів:
Лептонема – хромосоми перебувають у нитчастому вигляді
Зигонема – початок зближення нитчастих хромосом
Пахінема – вкорочення і потовщення об’єднаних хромосом
Диплонема – найбільш виражений контакт і потовщення
Діакінез – початок розходження хромосом.
При подальшому роз’єднанні гомологічних хромосом вони певний час залишаються з’єднані в кількох точках – хіазмах. В цих точках відбувається обмін ділянками хроматид, що називається кросинговером. Кросінговер відбувається обов’язково, хоча його вираженість може бути різною. Гомологічні хромосоми після кросинговеру не розходяться до анафази, але в кожній з них чітко виділяються хроматиди.
В профазі І також відбувається міграція центріолей до полюсів, руйнування ядерець і ядерної мембрани, утворення ниток веретена.
Метафаза І. Біваленти вистроюються в екваторіальній площині, утворюючи метафазну пластинку. Проте, на відміну від мітозу, нитки веретена ідуть від центромер гомологічних хромосом лише до одного полюса клітини. Внаслідок такого натягу центромери розміщуються не на екваторі, а на однаковій відстані від нього – зверху і знизу. Те ж саме стосується пар хроматид.
Анафаза І. Центромери сестринських хроматид не діляться як при мітозі, нитки веретена відтягують центромери з парою хроматид до полюсів веретена. Хроматини не розходяться як при мітозі. Хромосоми розділяються на два диплоїдні набори (Цей набір можна назвати гаплоїдним, оскільки число d-хромосом зменшилося вдвоє, але число s-хромосом залишилося як у батьківській клітині), що потрапляють в дочірні клітини.
Телофаза І. Після розходження гомологічних завершується перший поділ мейозу. Веретена і їх нитки зникають, хроматини деспіралізуються, навколо них формуються ядерні мембрани і утворене ядро вступає в інтерфазу. Потім у тварин ділиться цитоплазма, у рослин формуються клітинні стінки.
Інтерфаза ІІ спостерігається в тваринних клітинах, тривалість варіює. S-фаза відсутня, подальша реплікація ДНК не відбувається. У рослин Інтерфаза ІІ відсутня.
Профаза ІІ за тривалістю обернено-пропорційна телофазі І. Ядерце і ядерні мембрани руйнуються, хроматиди вкорочуються і потовщуються. Центріолі переміщуються до полюсів, з’являються нитки веретена. Нитки нового веретена перпендикулярні ниткам першого, а довгі вісі хроматид перпендикулярні вісям при першому поділі мейозу.
Метафаза ІІ. Центромери ведуть себе як подвійні структури (аналогічно мітозу). Вони організують нитки веретена і вистроюються по його екватору.
Анафаза ІІ. Центромери діляться, нитки веретена відтягують їх до полюсів разом з хроматидами, що відділилися одна від одної і є s-хромосомами.
Телофаза ІІ подібна з телофазою мітозу, за винятком диплоїдності і гаплоїдності наборів.