Встреча сперматозоидов с яйцеклеткой у человека и млекопитающих происходит в верхней трети фаллопиевой трубы. Благодаря действию особого фермента (находящегося в семенной жидкости) происходит расщепление вещества склеивающего клетки лучистого венца яйцеклетки. Затем сперматозоиды вступают в контакт с поверхностью яйца. Как правило, в яйцеклетку, проникает лишь один сперматозоид. Это обеспечивается тем, что при проколе спермием мембраны женской гаметы последняя мгновенно реагирует образованием плотной оболочки оплодотворения, препятствующей проникновению других сперматозоидов.
Головка спермия внутри яйцеклетки превращается в ядро, которое сливается с женским ядром после того, как последнее проделает оба мейотических деления.
Таким образом, в процессе оплодотворения восстанавливается нормальное для данного вида число хромосом (1n + 1n = 2n).
Сущность оплодотворения, однако, не только в передаче (в равной мере от обоих родителей) наследственной информации, но и в том, что укол поверхности яйцеклетки, произведенный головкой сперматозоида, стимулирует начало дробления зиготы. Об этом свидетельствует опыты с искусственным партеногенезом.