在受精作用进行时，通常是精子的头部进入卵子，尾部留在外面。精子的头部进入卵子后不久，细胞核就与卵子的细胞核相遇，使彼此的染色体会合在一起。这样，受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞中的数目，其中有一半的染色体来自精子（父方），另一半来自卵子（母方）。在哺乳动物、鸟类和爬行动物中，受精作用发生在雌性动物的生殖系统内；而在两栖类、鱼类和无脊椎动物中，受精过程在体外发生。受精过程一方面保证了双亲的遗传作用，另一方面恢复了染色体双倍体数目。同时，受精作用还可以把个体发生过程中产生的变异通过生殖细胞遗传下去，保证了物种的多样性，在生物进化上具有重要意义。

受精过程包括精卵间的接触、精子穿过透明带、精子与卵子质膜的融合，以及卵的激活。以哺乳动物为例，受精发生前，精子穿过卵丘细胞后首先与卵子周围的透明带识别和结合（顶体反应）。顶体反应后的精子与透明带发生次级识别和结合，顶体反应释放的水解酶与精子本身运动协同作用，使精子穿过透明带。精子穿过透明带并到达卵周隙后，其头部赤道段的质膜又与卵质膜发生融合，精子进入卵子。精子入卵后，一方面激发卵子使其恢复减数分裂，并释放第二极体；另一方面诱发卵子皮质颗粒胞吐（皮层反应），从而阻止多精受精的发生。精子进入卵子后，尾部很快退化，浓缩的精子头部染色质去浓缩，而后形成雄原核；而卵子的染色体转变为雌原核。雌雄原核相互靠近，核膜破裂，父母双方的遗传物质混合，启动有丝分裂。