Las células eucariotas en división pasan por una secuencia regular, respectiva de crecimiento celular y división conocida como ciclo celular. Este ciclo consta de cinco fases principales: G1, S, G2, mitosis y citosinesis. La finalización del ciclo requiere un cierto tiempo en que va de unas cuantas horas a varios días, dependiendo del tipo de células y del tipo de factores externos como temperatura y nutrientes disponibles.
Antes de que la célula pueda iniciar la mitosis y se divida, debe duplicar su ADN, sintetizar más proteínas asociadas al ADN en los cromosomas, producir mayor numero de orgánulos para las dos células hijas, y montar las estructuras necesarias para llegar a un buen término la mitosis y la citosinesis. Los procesos preparatorios se producen durante la fase G1, S, G2 que colectivamente se denominan interfases.
El proceso clave de la duplicación del ADN se produce en la fase S (etapa de síntesis) del ciclo celular, momento en que muchas proteínas asociadas al ADN se sintetizan también, la fase G ("gap", separación) preceden y siguen a la fase S.
En la fase G1, que precede la etapa S, hay un periodo de intensa actividad bioquímica. Las células duplican su tamaño, y sus enzimas, ribosomas, mitocondrias y otras moléculas y estructuras citoplasmáticas aumentan también de numero. La célula debe sintetizar algunas estructuras completamente de nuevo, desde el principio. Esta incluye: microtúbulos, filamentos de actina y ribosomas que están compuestos al menos en partes, por subunidades de proteínas. Las estructuras membranosas como los complejos de Golgi, lisosomas, vacuolas y vesículas, se derivan todas, aparentemente, del retículo endoplasmatico, que se renueva y agranda por la síntesis de lipidos y proteínas.
En la célula que tiene centriolo (es decir, la mayoría de las células eucarioticas, excepto las plantas con flores), los dos centriolos empiezan a separarse y duplicarse. Las mitocondrias y cloroplastos, que solo se forman a partir de otra mitocondria y cloroplasto preexistente, también se duplican. Cada mitocondria y cloroplasto tiene su propio cromosoma que esta organizado de forma muy parecida al cromosoma circular de la célula bacteriana. Durante la fase G2 que sucede a la fase S precede a la mitosis, aparece los mismos preparativos para la división celular. Los cromosomas ya duplicados que están dispersos por el núcleo en forma de filamentos de cromatina, empiezan a enrollarse y a combinarse en estructura más compacta.
La duplicación del centriolo se termina, con los dos pares de cetriolos maduros dispuestos cerca del envoltorio nuclear algo separados entre si. Durante este periodo, la célula empiezan el montaje de estructura necesaria durante la mitosis para repartir un numero exacto de cromosomas a cada célula hija y durante la citosinesis para la separación de las dos células hijas.
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