Perché la fecondazione avvenga, è necessario il determinarsi di una serie concatenata e complessa di eventi.
Gli spermatozoi, deposti nel fondo della vagina dopo l'eiaculazione, devono attraversare il canale cervicale per raggiungere la cavità uterina. Da qui devono imboccare le tube. Nella porzione intermedia (ampolla) di una delle due tube uno spermatozoo feconderà l'ovulo liberatosi in seguito allo scoppio del follicolo ovarico, e captato all'interno della tuba dalle fimbrie (l'ultima porzione della tuba, che come una frangia avvolge l'ovaio).
Durante la migrazione nell'apparato genitale femminile gli spermatozoi debbono acquisire la capacità di fecondare l'ovocita (capacitazione degli spermatozoi: insieme di meccanismi cellulari che consente la penetrazione di uno spermatozoo nell'ovocita).
L'ambiente delle secrezioni tubariche deve essere idoneo a favorire la fecondazione e la formazione della prima cellula che deriva dall'unione dello spermatozoo con l'ovulo, lo zigote. L'ovulo e lo spermatozoo (gameti) hanno un corredo cromosomico dimezzato (aploide). L'ovulo contiene 22 cromosomi non sessuali (autosomi) e un cromosoma che determina le caratteristiche sessuali, denominato per la sua forma X. Anche lo spermatozoo contiene 22 autosomi e un cromosoma del sesso, che invece può essere X o Y. Dalla fusione dei due gameti deriva uno zigote con patrimonio cromosomico normale (diploide), che determina le caratteristiche dell'individuo e il sesso genetico, XX se femmina, XY se maschio.
Nelle gravidanze gemellari, è possibile sia la fecondazione di 2 ovuli da parte di 2 spermatozoi (gravidanza gemellare dizigote) oppure la divisione più o meno precoce dell'uovo fecondato verso due linee cellulari separate, che daranno origine a due individui distinti (gravidanza gemellare monozigote). Nel primo caso i due gemelli sono come fratelli, hanno un corredo cromosomico diverso e possono quindi essere di sesso diverso; nel secondo caso i gemelli hanno lo stesso patrimonio cromosomico e quindi anche sesso uguale.
L'uovo fecondato percorre in tre o quattro giorni la distanza che separa il luogo della fecondazione, la tuba, dalla sede dell'impianto, la cavità uterina. Una volta giunto nella cavità uterina, l'uovo vi resta libero per altri tre giorni. Durante il suo spostamento l'uovo fecondato si divide e già al terzo giorno si contano 12 cellule indifferenziate, detti blastomeri; al sesto giorno esso misura 3 decimi di millimetro.
La migrazione dell'uovo fecondato nella tuba è sotto l'influenza del progesterone. La sua sopravvivenza, inoltre, è legata alla mucosa tubarica che fornisce gli ioni minerali necessari per le prime divisioni. La sua progressione nel canale tubarico è lenta per l'azione del progesterone che agisce sulla tuba rallentandone il movimento.
Quando arriva alla cavità uterina, l'insieme dei blastomeri ha cominciato a differenziarsi in un gruppo di cellule che darà origine alla placenta (trofoblasto), e un gruppo di cellule che darà origine al feto (embrioblasto). Questo organismo è detto blastocisti: esso prende contatto con la mucosa endometriale in un punto preciso di essa, e cioè nello spazio compreso tra due orifizi ghiandolari (cioè nel punto maggiormente vascolarizzato) sulla faccia anteriore o posteriore della cavità uterina.
Da questo momento inizia l'invasione dell'endometrio ad opera del trofoblasto mediante un'azione di digestione delle cellule epiteliali con le quali viene a contatto. In tal modo si ha un approfondimento sempre maggiore nell'endometrio, e già dopo qualche ora l'uovo si trova a metà dello spessore della mucosa. Dopo due giorni esso è ben impiantato. Dopo 4-6 giorni (25°-27° del ciclo) il trofoblasto diviene attivo e comincia a produrre un ormone simile all'LH, la gonadotropina corionica (HCG) che, insieme all'LH, stimola la funzione del corpo luteo, che a questo stadio viene definito corpo luteo gravidico.