準備：先複製，再配對
在減數分裂開始之前，細胞會複製它全部的DNA，就像普通分裂前那樣。現在每條染色體都以兩條相同的姊妹染色單體的形式存在，在著絲粒處相連。所以一個進入減數分裂的二倍體人類細胞有46條染色體，但總共有92條染色單體。
接著是減數分裂特有的一步：每條染色體找到它的同源染色體，並肩排列。這種精確的配對稱為聯會。一對聯會的同源染色體——四條染色單體在一起——構成一個四分體（也叫二價體）。把這四條染色單體緊緊靠在一起，正是下一步得以發生的前提。
交叉互換：交換片段
當同源染色體在四分體中緊貼在一起時，它們會交換相匹配的片段。一條同源染色體上的染色單體斷裂，另一條上的染色單體在同一位置斷裂，斷端跨過這對染色體重新連接。這種交換就是交叉互換。它發生處那個可見的X形交點叫做交叉（複數 chiasmata）。
兩次分裂，兩項不同的任務
- 減數第一次分裂——分開同源染色體。四分體排列好，每對被拉開，使每個新細胞各得到一條同源染色體。染色體數目此時減半（這是減數性分裂），但每條染色體仍帶著它的兩條姊妹染色單體。
- 減數第二次分裂——分開姊妹染色單體。不再複製DNA，每個細胞進行第二次分裂。現在每條染色體的兩條姊妹染色單體被拉開，就像普通分裂一樣。每條染色體變成單條染色單體。
- 結果——四個單倍體細胞。一個二倍體細胞變成了四個單倍體細胞，每個都只有一組染色體。在雄性中它們成熟為四個精子；在雌性中，通常只成熟為一個卵子（其餘成為小小的極體）。
注意這個節奏：一次DNA複製，兩次分裂。這正是染色體數目最終減半的原因。第一次分裂去掉同源配對，第二次分裂去掉姊妹染色單體的成對。