Polno razmnožavanje zahtijeva da se dvije ćelije, svaka sa po jednim setom hromozoma, spoje u oplođenu jajnu ćeliju sa dva seta - zato prije toga mora postojati dioba koja prepolovi broj setova hromozoma. Ta dioba se zove mejoza i uključuje jedno umnožavanje DNK (u S fazi, kad nastaju sestrinski hromatidi već opisani na stranici Hromozomi — struktura i organizacija) i dvije uzastopne diobe jedra, mejozu I i mejozu II. Ploidnost se prepolovi (sa dva seta hromozoma na jedan) baš tokom mejoze I, zbog čega se tehnički samo mejoza I naziva redukcionom diobom; mejoza II broj setova hromozoma više ne mijenja, samo razdvaja sestrinske hromatide.

Profaza I - sinapsa i tetrade. Za razliku od mitoze, gdje se homologni hromozomi nikad ne uparuju, u profazi I mejoze se svaki homologni par čvrsto uparuje - taj proces se zove sinapsa. Uparivanje podržava sinaptonemalni kompleks, mreža proteina koja se formira između dva homologna hromozoma i drži gene na njihovim hromatidama precizno poravnatim jedne naspram drugih. Pošto svaki od dva homologna hromozoma već ima dva sestrinska hromatida (iz replikacije prije mejoze), uparen par se sastoji od ukupno četiri hromatide - otud naziv tetrada (u nekim udžbenicima i "bivalent").

Krosingover. Duž sinaptonemalnog kompleksa nalaze se proteinski sklopovi zvani rekombinacioni nodusi, koji obilježavaju tačke gdje će se homologni hromozomi fizički razmijeniti - proces zvan krosingover (ili genetska rekombinacija). Blizu svakog nodusa, DNK obje niti se precizno presiječe na jednoj hromatidi svakog homologa, krajevi se hemijski izmijene, i uspostavi se nova veza - segment jednog homologa se spoji sa segmentom drugog. Bitno je precizirati: krosingover se dešava između DVA NE-SESTRINSKA hromatida - jednog sa majčinog i jednog sa očevog homologa - ne između dva sestrinska hromatida istog hromozoma. Rezultat je recipročna razmjena: hromatida koja je prije krosingovera nosila samo majčine gene sada nosi kombinaciju majčinih i očevih gena koja prije nije postojala.

Hijazme. Mjesto krosingovera postaje vidljivo pod mikroskopom kao ukrštanje koje se zove hijazma (množina hijazme) - to je fizički trag mjesta gdje su se hromatide razmijenile. Svaki hromozom mora imati barem jednu hijazmu da bi se homolozi ispravno razdvojili u mejozi I, a može ih biti i do dvadesetak i pet, zavisno od vrste i dužine hromozoma. Hijazme drže homologne hromozome spojene sve do anafaze I, kada konačno puknu i homolozi se razdvoje - sestrinski hromatidi ostaju spojeni sve do anafaze II.

Dva izvora genetske raznolikosti. Krosingover je prvi, ali ne i jedini izvor genetske raznolikosti tokom mejoze. Drugi izvor je nezavisno razilaženje: u metafazi I, svaki homologni par se nasumično orijentiše na ekvatorijalnoj ravni, nezavisno od svih ostalih parova - kod čovjeka, sa 23 para hromozoma, to samo po sebi daje preko osam miliona (2 na 23) genetski različitih mogućih kombinacija gameta, i to bez ikakvog doprinosa krosingovera. Ova dva mehanizma djeluju na različitim nivoima: krosingover mijenja SADRŽAJ pojedinačnog hromozoma (nova kombinacija alela unutar istog hromozoma), dok nezavisno razilaženje mijenja koja KOMBINACIJA cijelih, neizmijenjenih hromozoma završi u istoj gameti.

Gensko sprezanje i genska mapa. Geni koji se nalaze na istom hromozomu imaju tendenciju da se nasljeđuju zajedno - to se zove gensko sprezanje. Ali sprezanje nije apsolutno: krosingover povremeno "razveže" spregnute gene, stvarajući nove kombinacije alela. Početkom 20. vijeka, Tomas Morgan i njegovi saradnici su primijetili da ukrštanja daju i očekivane (roditeljske) i neočekivane (rekombinantne) kombinacije potomstva, u različitim omjerima zavisno od para gena. Alfred Sturtevant, student u Morganovoj laboratoriji, je 1913. iskoristio tu zapaženu pravilnost da napravi prvu gensku mapu: što su dva gena dalje jedan od drugog na istom hromozomu, to je veća šansa da će se krosingover desiti negdje između njih i razdvojiti ih - drugim riječima, viša frekvencija rekombinacije znači veća udaljenost. Sturtevant je tu udaljenost mjerio u centimorganima (cM), gdje frekvencija rekombinacije od 1% odgovara jednom centimorganu. Frekvencija rekombinacije se kreće od 0% (geni potpuno spregnuti, praktično se uvijek nasljeđuju zajedno) do 50% (geni potpuno nespregnuti - bilo zato što su na različitim hromozomima, bilo zato što su toliko udaljeni na istom hromozomu da se ponašaju kao da jesu).