In tegenstelling tot mitose streeft meiose naar genetische diversiteit bij het creëren van haploïde gameten. Het delen van kiemcellen initieert dit proces voor het eerst in profase I, waar elk chromosoom – gerepliceerd in S-fase – nu bestaat uit twee zusterchromatiden (identieke kopieën) die centraal met elkaar zijn verbonden.
De homologe zusterchromosomen – een van het moederlijke en een van het vaderlijke genoom – brengen zichzelf op een lijn waarbij overeenkomstige DNA-posities op dezelfde hoogte komen te liggen, een proces dat synapsis wordt genoemd.
Om de homologen bij elkaar te houden, vormt zich een eiwitcomplex – het synaptonemale complex. Het synaptonemale complex vergemakkelijkt de uitwisseling van overeenkomstige willekeurige stukjes DNA tussen niet-zusterchromatiden, waardoor nieuwe combinaties van allelen via homologe recombinatie ontstaan.
Terwijl het synaptonemale complex begint op te lossen, houden X-vormige structuren de homologe chromosomen bij elkaar totdat de recombinatie is voltooid. De structuren – chiasmata – markeren de gebieden waar cross-over van genetische informatie plaatsvond.
