La profase I comienza con el leptoteno, cuando los homólogos se condensan y comienzan a hacerse visibles. Los cromosomas homólogos se emparejan y comienza la recombinación genética.
Durante la Profase I, los cromosomas homólogos se reúnen, formando un complejo de dos cromosomas llamado tétrada. Los dos cromosomas no solo se acercan, sino que se ponen en contacto a través de una o más sinapsis (a). Estas uniones ocurren a cualquier altura de las cromátidas, pero relacionando siempre sectores que poseen exactamente los mismo genes. Finalmente, mediante un mecanismo llamado entrecruzamiento, estos sectores similares de las cromátidas se intercambian y quedan formando parte del otro cromosoma homólogo (b).
Leptoteno. Comienza la condensación de los cromosomas y el apareamiento entre los cromosomas homólogos, aparentemente sin tocarse.
En el zigoteno, los cromosomas continúan acortándose y compactándose. Durante el proceso de búsqueda de homología, los cromosomas homólogos se alinean entre sí. Este apareamiento se completa al final de esta etapa. A medida que avanza la meiosis, la longitud total de los elementos laterales a lo largo del cromosoma aumenta, y un componente ultraestructural más extenso llamado complejo sinaptonémico comienza a formarse entre los homólogos. Cuando se completa el cigoteno, a los cromosomas homólogos unidos se les denominan bivalentes. El bivalente forma una tétrada puesto que cada cromosoma está formado por dos cromátidas hermanas.
Zigoteno. Se forma el complejo sinaptonémico integrado por dos elementos laterales (sinaptómeros) (ch) y uno central (ce).
Durante el paquiteno, el proceso de emparejamiento se completa y los homólogos están unidos a lo largo de toda su longitud. La estructura de cuatro miembros, también conocida como tétrada, contiene dos pares de cromátidas hermanas. La etapa de paquiteno puede persistir durante días o más, hasta que la separación de las regiones homólogas comience en el diploteno. Es en esta fase donde se produce el entrecruzamiento cromosómico o recombinación, proceso en el cual se intercambian regiones de DNA entre los cromosomas homólogos, es decir, entre cromátidas no hermanas. Este proceso de recombinación permite y genera diversidad genética.
Paquiteno. Se lleva a cabo la recombinación o entrecruzamiento entre cromosomas homólogos.
El diploteno comienza con el desmontaje de los complejos sinaptonémicos y también se está llevando a cabo la condensación y acortamiento de los cromosomas. Una o más áreas permanecen en contacto en las regiones donde se produjo el entrecruzamiento. Los puntos en los que tiene lugar este entrecruzamiento son denominados chiasmata (quiasma en singular), y ahora juegan un papel crucial en mantener unidos a los homólogos compactados; representan el punto donde las cromátidas hermanas han intercambiado material genético. Los homólogos están ahora listos para comenzar el proceso de segregación. En el caso de los gametos femeninos, los ovocitos se quedan detenidos en esta etapa de la meiosis I quedando de manera latente hasta la maduración sexual. A este período se le llama dictioteno.
Diploteno. Se observan los sitios donde se llevó a cabo la recombinación, conocido como quiasma.
Finalmente, en la diacinesis la condensación de los cromosomas continúa aumentando su grosor y se separa de la envoltura nuclear. Se observa que cada bivalente está formado por cuatro cromátidas (tétrada) recombinadas. Los cromosomas se separan más, pero las cromátidas no hermanas permanecen vagamente asociados en el quiasmata. Conforme la separación procede, los quiasmas se mueven hacia los extremos de la tétrada. Este proceso de terminación comienza al final del diploteno y se completa durante la diacinesis. Durante esta etapa final, el nucléolo y la envoltura nuclear se rompen, y los dos centrómeros de cada tétrada se unen a las fibras del huso. Al completar la profase I, los centrómeros de cada tétrada están presentes en la placa metafásica de la célula.