Aunque la mitosis o división del núcleo es un proceso continuo, para su estudio se diferencian varias etapas: profase, metafase, anafase y telofase.
Profase: al principio de la profase las fibras de cromatina (ADN y proteínas) se condensan, se acortan y se visualizan al microscopio en forma de pequeños bastoncillos que reciben el nombre de cromosomas. Como resultado de la replicación del ADN durante la interfase, cada cromosoma contiene un par de cromátidas idénticas unidas por una región llamada centrómero. Después, el nucléolo desaparece y la membrana nuclear comienza a fragmentarse. Los centriolos, dos estructuras localizadas en el centrosoma, se separan emigrando cada uno a un polo opuesto de la célula, al tiempo que se forma el huso mitótico o acromático. El hueso 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.
Metafase: los pares de cromátidas se alinean justo en el centro del huso mitótico (plano ecuatorial o plano de la metafase) por acción de las fibras del huso, a las que se unen por los centrómeros. Cada cromosoma se visualiza con forma de X en el plano central de la célula.
Anafase: los centrómeros se dividen, lo que permite que cada una de las cromátidas idénticas que formaban el par se separen (cromosomas hijos) y se dirijan a los dos polos de la célula arrastradas por los microtúbulos del huso mitótico. En este desplazamiento, los cromosomas adquieren forma de V ya que el centrómero, arrastrado por los microtúbulos, avanza el primero. El conjunto de cromosomas de un polo de la célula es idéntico al del otro polo. Cada uno de ellos, formará la dotación cromosómica de cada una de las dos células hijas.
Telofase: es la fase final de la mitosis. Durante la telofase, cada conjunto de cromosomas se desenrolla y se convierte de nuevo en cromatina. Cada masa de cromatina se rodea de una membrana nuclear, en cada nuevo núcleo aparece un nucléolo y el huso mitótico desaparece.