La mitose se déroule en plusieurs phases distinctes qui sont : la prophase, la métaphase, l'anaphase, et la télophase.
La prophase est la première étape de la mitose. Les chromosomes qui étaient sous forme de chromatine diffuse commencent à se condenser et deviennent visibles au microscope. Chacun des chromosomes est constitué de deux chromatides sœurs identiques reliées par un centromère. Le nucléole disparaît et la membrane nucléaire commence à se désintégrer, libérant ainsi les chromosomes dans le cytoplasme. Les centrioles, s'ils sont présents dans la cellule animale, migrent vers des pôles opposés de la cellule et commencent à former le fuseau mitotique, une structure faite de microtubules.
Au cours de la métaphase, les chromosomes s'alignent au centre de la cellule sur ce qu'on appelle la plaque équatoriale. Les fibres du fuseau mitotique se fixent aux centromères des chromosomes via les kinétochores, assurant ainsi leur alignement précis. Cette organisation est essentielle pour garantir que chaque cellule fille recevra une copie exacte des chromosomes.
L'anaphase est le moment où les chromatides sœurs de chaque chromosome se séparent. Les fibres du fuseau mitotique se raccourcissent, tirant ainsi les chromatides vers les pôles opposés de la cellule. Cela garantit que chaque pôle a un ensemble identique et complet des chromosomes, chacun ayant maintenant la structure d’un chromosome simple au lieu de double.
La télophase est la dernière phase de la mitose, durant laquelle les chromosomes arrivés aux pôles de la cellule commencent à se décondenser produisant un retour à la chromatine. De nouvelles membranes nucléaires se forment autour de chaque ensemble de chromosomes, et le nucléole réapparaît dans chaque noyau. Le fuseau mitotique se décompose, préparant ainsi la cellule pour la cytocinèse.
La cytocinèse est le processus qui suit immédiatement la mitose et qui divise le cytoplasme de la cellule parentale en deux cellules filles distinctes. Dans les cellules animales, un anneau contractile formé de filaments d'actine se resserre autour de l’équateur cellulaire, scindant la cellule en deux. Dans les cellules végétales, une nouvelle paroi cellulaire se forme le long de la ligne médiane de la cellule pour diviser le cytoplasme.
Le cycle cellulaire, dont la mitose est une partie, est régi par des points de contrôle précis et des signaux moléculaires qui déterminent si une cellule est prête à diviser. Des protéines cyclines et kinases dépendentes de cyclines (Cdk) sont essentielles à cette régulation, car elles contrôlent la progression à travers le cycle cellulaire en activant des complexes nécessaires aux transitions entre les phases du cycle cellulaire.