La fecondazione è l'unione del gamete maschile con quello femminile con la conseguente formazione dello zigote e il proseguirsi dello sviluppo dell'embrione. I fatti più importanti sono:

• il ripristino del numero diploide di cromosomi,
• lo stimolo che viene dato all'oocita per completare la meiosi;
• la determinazione del sesso,
• l'inizio della segmentazione

Il processo di fecondazione comprende varie fasi che si svolgono tutte nelle tube uterine della femmina.

Prima fase= capacitazione dello spermatozoo

Lo spermatozoo deve acquisire la capacità di penetrare nell'uovo, e ciò avviene restando qualche ora nelle vie genitali femminili. La fase iniziale dell'attivazione avviene con la probabile rimozione dalla superficie dello spermatozoo delle proteine del loquido epididimale e del plasma seminale; infine si verificano dei cambiamenti a livello metabolico dello spermatozoo.

Seconda fase= reazione acrosmiale

Dopo che gli spermatozoi hanno subito la capacitazione, le membrane dell'acrosoma (situata all'apice della testa dello spermatozoo) si fondomo con la membrana plasmatica dello spermatozoo: queso consente al contenuto dell'acrosoma di fuoriuscire dalla cellula. Gli enzimi liberatisi dall'acrosoma facilitano il passaggio dello spermatozoo attraverso la corona radiata e la zona pellucida.

Terza fase= attraversamento della zona pellucida

Esistono dei siti con dei recettori specifici per lo spermatozoo sulla superficie della zona pellucida. L'attraversamento della zona pellucida da parte dello spermatozoo è attribuibile all'attività di enzimi litici che devono essere attivati. Questo passaggio è probabilmente un evento chiave per consentire allo spermatozoo di penetrare nella zona pellucida.

Quarta fase= fusione tra spermatozoo e uovo

L'avvenuta penetrazione dell'oocita da parte dello spermatozoo consiste nell'adesione dello spermatozoo al glicocalice dell'uovo seguita dalla fusione delle membrane plasmatiche delle due cellule. La zona di fusione sulla membrana plasmatica dello spermatozoo è l'area postacrosomiale.

Quinta fase= penetrazione

La penetrazione dello spermatozoo nell'uovo consente l'entrata del nucleo dello spermatozoo e induce delle risposte da parte dell'uovo che impediscono l'entrata di altri spermatozoi.

Sesta fase= reazione corticale

Nel punto d'ingresso dello spermatozoo l'oocita risponde con la formazione di uno strato di vescicole sotto la propria membrana plasmatica (la cortex dell'uovo). Lo strato vescicolare dal punto di penetrazione si estende poi in tutta la circonferenza dell'uovo. Le vescicole, conteneti delle proteasi, dopo la loro formazione rilasciano queste sostanze per esocitosi; questo processo contribuisce a impedire la polispermia. Grazie alle proteasi non solo gli spermatozoi vengono attaccati impedendo quindi un'ulteriore penetrazione, ma cosa più importante viene modificata la natura della membrana plasmatica dell'oocita inibendo la penetrazione degli altri spermatozoi. L'effetto di questi enzimi è quello di rendere il materiale della zona pellucida meno solubile e perciò più resistente alla penetrazione dello spermatozoo. Il processo di esocitosi aumenta fortemente l'area superficiale della membrana plasmatica dell'uovo perchè le membrane delle vescicole diventano parte della membrana plasmatica.

Settima fase= formazione dei pronuclei e loro unione

La fase finale della fecondazione consiste nell'effettiva unione del materiale nucleare dello spermatozoo e dell'uovo. Dopo la penetrazione la membrana nucleare dello spermatozoo si rompe e la cromatina si separa dai residui acrosomiali e si disperde. A questo punto si forma una membrana pronucleare intorno alla cromatida per fusione di vescicole. Intanto l'oocita ha completato la seconda divisione meiotica; i cromosomi si disperdono e vengono circondati da una membrana pronucleare formata da vescicole.
I pronuclei si muovono l'uno verso l'altro e le loro membrane pronucleari si interdigitano per poi disperdersi nuovamente come vescicole. I cromosomi materni e paterni si addensano, si attaccano ai microtuboli, si mescolano e si allineano sul piano equatoriale: questo costituisce la metafase della prima divisione mitotica della segmentazione.
Il rimescolamento dei cromosomi a partire di due pronuclei e il loro disporsi sulla piastra equatoriale nel corso della metafase concludono il processo di fecondazione.