A principio de la profase I, las fibras de cromatina (ADN y proteínas) se condensan, acortan y visualizan al microscopio en forma de pequeños bastoncillos que reciben el nombre de cromosomas. Como resultado de la duplicación del ADN, cada cromosoma contiene un par de cromátidas idénticas unidas por una región llamada centrómero.
Durante esta fase tienen lugar importantes procesos que no ocurren en la profase mitótica. Los cromosomas homólogos se agrupan en pares y se disponen longitudinalmente muy próximos, en un proceso denominado sinapsis. Según progresa la profase las cromátidas se entrelazan. Otro proceso que tiene lugar en la profase I es la formación de quiasmas, estructuras en forma de cruz que señalan puntos de contacto entre cromosomas homólogos en los que se produce un intercambio de material genético, es decir, un entrecruzamiento entre las cromátidas no hermanas (roturas e intercambio de fragmentos), lo que produce recombinación o formación de nuevas combinaciones de genes. Por tanto, el entrecruzamiento aumenta las posibles combinaciones de los genes en cada gameto. El nucléolo desaparece y la membrana nuclear comienza a fragmentarse. Los centriolos se separan y emigran cada uno a un polo opuesto de la célula, al tiempo que se forma el huso mitótico o acromático. El huso mitótico es una estructura formada por microtúbulos que se disponen de forma ovoide y que se extienden entre los centriolos a los que empujan hacia los polos al crecer. La función principal de los centriolos es la formación y organización de los microtúbulos, las proteínas que constituyen el huso mitótico.
