Döllenme sırasında, bir yumurta ve sperm hücresi yeni bir diploid yapı oluşturmak için birleşir. İnsanlarda, bu süreç yumurta yumurtalıktan çıktıktan ve fallop tüpüne girdikten sonra gerçekleşir. Süreçte birkaç tane kritik basamak vardır; 1) genital yoldaki spermin yumurtayı bulması gerekir; 2) oraya ulaştığında spermin yumurtanın koruyucu zona pellusida zarını delmek için yardımcı enzimler salgılaması gerekir; ve 3) tek bir sperm hücresi ve yumurtanın zarları birleşmesi, spermin çekirdeği ve sentrozomu dahil olmak üzere içeriğini yumurtanın sitoplazmasına aktarması gerekir. Bu adımlar başarılı olursa, erkek ve dişi gametlerin genetik materyali birleşir, mitotik hücre bölünmesi başlar ve diploid bir embriyo oluşur.
Sperm ve yumurta hücresinin bağlanması, yumurta hücresinden geçen kalsiyum iyon (Ca2+) dalgalarının üretimi de dahil olmak üzere çeşitli değişikliklere neden olur. Bu tür salınımlar sperm-yumurta füzyonu ile başlatılır ve bir yumurta hücresinin endoplazmik retikulumunda endojen Ca2+ iyonlarının salınması ve emilmesinden ve bu iyonların yumurtanın hücre dışı ortamından eşzamanlı olarak boşaltılmasından ve alınmasından kaynaklanır. Bu kalsiyum sinyalleri kortikal granüller adı verilen ve içeriğini zona pellusida altındaki serbest alana boşaltmak üzere plazma membranı altına yerleşen veziküllerin oluşmasına sebep olarak yumurtayı modifiye eder. Bu modifikasyonlar, zona pellucidanın yüzeyini değiştiren ve ek sperm hücrelerinin girmesini önleyen sperm bağlayıcı proteinleri parçalayan enzimleri içerir; bu işlem polisipermiyi veya birden çok erkek gamet tarafından döllenmeyi önleyici bir süreçtir.
Buna ek olarak, Ca2+ dalgaları yumurta hücresini “aktifleştirir”. İlginç bir şekilde, bir yumurta yumurtalıktan serbest bırakıldığında mayoz bölünme sürecinde kalır ve sadece döllenmenin ardından süreç devam edebilir. Bu yeniden canlanma kısmen döllenme kaynaklı Ca2+ sinyallemesinden kaynaklanır ve bu da yumurta hücresindeki bölünmeyi başlatabilen kinazları aktive eder. Mayoz yeniden başladığında, yumurta iki hücreye ayrılır: sitoplazmanın çoğunu içeren büyük bir olgun yumurta (ovum olarak da adlandırılır) ve sonradan çözünen daha küçük bir kutup gövdesi. Mayoz tamamlanmasından sonra yumurta, yumurta pronükleus olarak adlandırılan bir dizi tekli kromozomun yer aldığı bir çekirdeğe sahip olur.
Yumurta pronükleus oluşurken, spermin genetik materyalinde değişiklikler de ortaya çıkar. Başlangıçta, sperm kromatin yapısı sıkıca paketlenmiştir; bununla birlikte, spermin çekirdeği yumurta hücresine girdiğinde sperm membranı çözünür ve kromozomları çözülmeye başlar. Yeni bir nükleer membran, gevşek bir şekilde paketlenmiş sperm materyali etrafında, sperm pronükleusunu oluşturur. İlginç bir şekilde, spermin sentrozomu döllenme üzerine yumurta sitoplazmasına gelir ve sperm ve yumurtanın pronükleus yapıları arasında uzanıp mikrotübül yapıları oluşturarak genetik materyalin birbirine doğru ilerlemesine olanak sağlar. Birleştiklerinde pronükleus yapılarının membranları yok olur, kromozomlar birleşir ve mitoz süreci başlatılır.
