Η γονιμοποίηση συνήθως γίνεται στην λήκυθο της σάλπιγγας. Είναι το αποτέλεσμα της συνένωσης ενός ωαρίου με ένα σπερματοζωάριο, που είναι απλοειδή κύτταρα με 23 χρωμοσώματα το κάθε ένα, με αποτέλεσμα την δημιουργία ενός διπλοειδούς ζυγώτη με 46 χρωμοσώματα, δηλαδή όσα και τα χρωμοσώματα των ανθρωπίνων σωματικών κυττάρων.
Α. Δευτερογενές ωοκύτταρο.
Β. Ο ακτινωτός στέφανος έχει εξαφανιστεί. Ένα σπερματοζωάριο έχει διεισδύσει στο ωάριο και η δεύτερη ωριμοποιητική διαίρεση έχει ολοκληρωθεί.
Γ. Η κεφαλή του σπερματοζωαρίου έχει μεγαλώσει για να σχηματίσει τον άρρενα προπυρήνα.
Λίγο πριν τη γονιμοποίηση, το ωάριο και το σπερματοζωάριο υφίστανται αλλαγές που είναι απαραίτητες για τη συνένωσή τους.
Το ωάριο αρχίζει να ωριμάζει υπό την επίδραση της φυσικής αιχμής της LH και 25 ώρες αργότερα εξαφανίζεται ο πυρήνας του (βλαστικό κυστίδιο). Η πρώτη μειωτική διαίρεση ολοκληρώνεται με την εκβολή του πρώτου πολικού σωματίου. Τα φλοιώδη κοκκία μεταναστεύουν από το κυτταρόπλασμα προς την κυτταρική μεμβράνη. Τα κοκκιώδη κύτταρα γύρω από το ωάριο γίνονται βλεννώδη και δημιουργούν τον ακτινωτό στέφανο. Στον ίδιο χρόνο το ωοκύτταρο αρχίζει τη δεύτερη μειωτική διαίρεση, αλλά η διεργασία διακόπτεται για άλλη μία φορά, στην ανάφαση. Το ωάριο είναι πλέον ώριμο και στο κατάλληλο στάδιο για τη γονιμοποίηση. Ολόκληρη η διεργασία αυτή συμπληρώνεται 28-32 ώρες μετά το κύμα της LH.
Το ώριμο ανθρώπινο ωάριο έχει διάμετρο 110-120 μm, ενώ μαζί με τη διαφανή ζώνη η διάμετρός του φθάνει τα 140-150 μm. Οι μειωτικές διαιρέσεις είναι πολύ ασύμμετρες. Τα πολικά σωμάτια έχουν διάμετρο μόλις μερικά μm, ενώ το ώριμο ωάριο είναι το πιο μεγάλο κύτταρο του ανθρώπινου οργανισμού.
Το σπερματοζωάριο υφίσταται διεργασία ωριμάνσης στην επιδιδυμίδα αλλά δεν είναι ικανό να γονιμοποιήσει το ωάριο μετά την εκσπερμάτιση. Υφίσταται περαιτέρω ωρίμανση στο γεννητικό σύστημα της γυναίκας (ενεργοποίηση). Με την ενεργοποίηση αφαιρείται το προστατευτικό κάλυμμα που περιβάλλει το σπερματοζωάριο για να ακολουθήσει η ακροσωματική αντίδραση.
Α. Άθικτο σπερματοζωάριο. Η κεφαλή καθίσταται επίπεδη.
Β. Η ακροσωματική αντίδραση. Η εξωτερική μεμβράνη του ακροσώματος έχει σχηματισμούς σαν κυστίδια, τα οποία απορρίπτονται.
Γ. Μετά την ακροσωματική αντίδραση η ακροσωματική καλύπτρα εξαφανίζεται, εκτός από την περιοχή του ισημερινού.
