Ez a meiózis leghosszabb szakasza, amelyet 5 alszakaszra oszthatunk: leptotén, zigotén, pachitén, diplotén és diakinézis. A vékony fonalakként látható két kromatidás (az osztódást megelőző interfázis S szakaszában a DNS megkettőződik) kromoszómák a leptotén szakaszban mindkét végükkel a maghártyához horgonyzódnak ki. A zigotén szakaszban kezdődik el a homológ kromoszómák párba állása, más néven szinapszisa. Az, hogy a homológ kromoszómák hogyan ismerik fel egymást, mind a mai napig nem teljesen tisztázott. A legújabb kísérleti adatok, a nagyobb részt ismeretlen funkciójú heterokromatin lehetséges szerepét bizonyítják. A párba állást egy ún. szinaptonémás komplex segíti, amelyet leginkább egy létrához lehet hasonlítani. Laterális, központi és tranzverzális elemei különíthetők el (XV.1. ábra és XV.2. ábra).

A DNS feltekeredése révén egyre jobban láthatóvá válnak a kromoszómák, miközben párba állásuk a pachitén szakaszban befejeződik (lásd a XV.2. ábrát). A bivalens (kétkromatidás) kromoszómák így tetrádokat képeznek (2 x 2 kromatida), ami látszólag kromoszómaszám csökkenést eredményez (pszeudoredukció). Ekkor történik meg a crossing over (átkereszteződés), azaz az egyes, egymásnak megfelelő kromatida területek kicserélődése, a szinaptonémás komplexen megjelenő ún. rekombinációs csomók, hatalmas 100 nm-es multienzim komplexek segítségével. A crossing over molekuláris mechanizmusának részleteire itt nem térünk ki. A lényege, hogy a szomszédos kromatidák között reciprok módon bizonyos szakaszok kicserélődnek, úgy, hogy először mindkét kromatida eltörik, majd összekapcsolódik, és így hibrid kromatidák jönnek létre. A crossing over bármelyik két kromatida között létrejöhet, a testvér kromatidák között csakúgy, mint az apai és anyai, nem testvér kromatidák között. A géneknek új kombinációja azonban csak akkor keletkezik, ha az apai és anyai eredetű kromatidák között történik kicserélődés. Egy pár kromoszómát tekintve 1–3 crossing overrel lehet számolni. Még az egymással csak igen kis területen homológ X és Y kromoszómák rövid karjai között is minden esetben történik átkereszteződés. A homológ kromoszómák közötti szinapszis, illetve átkereszteződés hihetetlen pontossággal történik, egyetlen bázis eltolódás sem lehet a testvér kromatidák DNS-e között.

A diplotén szakaszban a homológok egy kissé eltávolodnak egymástól, a kromoszómák csak a crossing over területén maradnak összekapcsolódva, ezeket kiazmáknak nevezzük. Végül a diakinézisben a szinaptonémás komplex nagyrészt eltűnik (lásd a XV.2. ábrát). A profázis során kialakul a kromatidák kinetokor régiója, de ezek iránya más, mint a mitózisban (XV.3. ábra).

Az első osztódást többnyire rövid interfázis követi, amelyben azonban nem történik DNS replikáció.