Durante a fertilização, um óvulo e um espermatozóide fundem-se para criar uma nova estrutura diplóide. Em humanos, o processo ocorre assim que o ovo é libertado do ovário, e viaja para as trompas de Falópio. O processo requer várias etapas fundamentais: 1) o espermatozóide presente no trato genital deve localizar o óvulo; 2) uma vez lá, o espermatozóide precisa libertar enzimas para o ajudarem a escavar através da zona pellucida protetora do óvulo; e 3) as membranas de um único espermatozóide e óvulo devem fundir-se, com o espermatozóide a libertar o seu conteúdo—incluindo o seu núcleo e centrossoma—no citoplasma do óvulo. Se esses passos forem bem sucedidos, o material genético dos gâmetas masculino e feminino combinam-se, e a divisão celular mitótica começa, dando origem a um embrião diplóide.
A ligação do espermatozóide e do óvulo origina várias mudanças, entre elas a produção de ondas de iões de cálcio (Ca2+) que pulsam através do óvulo. Tais oscilações são iniciadas pela fusão espermatozóide-óvulo e resultam tanto da libertação como da captação de Ca2+ endógeno no retículo endoplasmático do óvulo e da simultânea descarga e captação desses iões do ambiente extracelular do óvulo. É importante ressaltar que a sinalização de cálcio modifica o óvulo gerando vesículas, chamadas grânulos corticais, localizadas diretamente por baixo da sua membrana plasmática para libertarem o seu conteúdo no espaço aberto sob a zona pellucida. Esses conteúdos incluem enzimas que clivam proteínas de ligação ao espermatozóide, que alteram a superfície da zona pellucida, impedindo a entrada de espermatozóides adicionais; este processo é um tipo de bloqueio de polispermia, ou fertilização por vários gâmetas masculinos.
Adicionalmente, as ondas de Ca2+ também “ativam” o óvulo. Curiosamente, um óvulo está preso em meiose quando é libertado do ovário, e só retoma o processo após a fertilização. Este reavivamento deve-se, em parte, à sinalização de Ca2+ induzida pela fertilização, que ativa quinases no óvulo capazes de iniciar a divisão. Assim que a meiose reinicia, o óvulo divide-se em duas células: um grande óvulo maduro (também chamado de oócito) contendo a maior parte do citoplasma, e um corpo polar mais pequeno que posteriormente se dissolve. Após a conclusão da meiose, o óvulo contém um núcleo com um conjunto de cromossomas não duplicados, denominado pronúcleo do óvulo.
À medida que o pronúcleo do óvulo está em formação, alterações também ocorrem no material genético do espermatozóide. Inicialmente, a cromatina do espermatozóide está bem condensada; no entanto, assim que o núcleo do espermatozóide entra no óvulo, a sua membrana dissolve-se, e os cromossomas começam a desenrolar. Uma nova membrana nuclear estabelece-se ao redor do material levemente condensado do espermatozóide, originando-se o pronúcleo do espermatozóide. Curiosamente, o centrómero do espermatozóide também é introduzido no citoplasma do óvulo após a fertilização, e essa estrutura irá orientar-se entre os pronúcleos do óvulo e do espermatozóide, formando microtúbulos que atraem essas estruturas umas para as outras. À medida que se encontram, os pronúcleos perdem as suas membranas, os seus cromossomas misturam-se, e o processo de mitose começa.
