准备：先复制，再配对
在减数分裂开始之前，细胞会复制它全部的DNA，就像普通分裂前那样。现在每条染色体都以两条相同的姐妹染色单体的形式存在，在着丝粒处相连。所以一个进入减数分裂的二倍体人类细胞有46条染色体，但总共有92条染色单体。
接着是减数分裂特有的一步：每条染色体找到它的同源染色体，并肩排列。这种精确的配对称为联会。一对联会的同源染色体——四条染色单体在一起——构成一个四分体（也叫二价体）。把这四条染色单体紧紧靠在一起，正是下一步得以发生的前提。
交叉互换：交换片段
当同源染色体在四分体中紧贴在一起时，它们会交换相匹配的片段。一条同源染色体上的染色单体断裂，另一条上的染色单体在同一位置断裂，断端跨过这对染色体重新连接。这种交换就是交叉互换。它发生处那个可见的X形交点叫做交叉（复数 chiasmata）。
两次分裂，两项不同的任务
- 减数第一次分裂——分开同源染色体。四分体排列好，每对被拉开，使每个新细胞各得到一条同源染色体。染色体数目此时减半（这是减数性分裂），但每条染色体仍带着它的两条姐妹染色单体。
- 减数第二次分裂——分开姐妹染色单体。不再复制DNA，每个细胞进行第二次分裂。现在每条染色体的两条姐妹染色单体被拉开，就像普通分裂一样。每条染色体变成单条染色单体。
- 结果——四个单倍体细胞。一个二倍体细胞变成了四个单倍体细胞，每个都只有一组染色体。在雄性中它们成熟为四个精子；在雌性中，通常只成熟为一个卵子（其余成为小小的极体）。
注意这个节奏：一次DNA复制，两次分裂。这正是染色体数目最终减半的原因。第一次分裂去掉同源配对，第二次分裂去掉姐妹染色单体的成对。