La divisione cellulare comporta la replicazione delle informazioni genetiche della cellula madre e la sua ridistribuzione nelle cellule figlie.

La mitosi è la divisione delle cellule somatiche, e il trattamento dell'informazione genetica è mirato semplicemente alla conservazione dell'informazione genetica nelle due cellule figlie.
Dal punto di vista genetico, riassumiamo gli aspetti informazionali di una cellula umana ("Cellula madre") che si divide generando due cellule figlie ("Cellula figlia 1" e "Cellula figlia 2"). I parametri che seguiremo sono: c ("DNA content", il contenuto in DNA, relativo a quello di una cellula aploide); il numero di cromosomi, dove n=23, numero aploide, nella specie umana; il tipo di cromosomi (composto di una sola molecola a doppia elica, ossia "monocromatidico", oppure di due doppie eliche identiche, ossia "dicromatidico", con due cromatidi fratelli); la dimensione in Gbp (miliardi di coppie di basi);
 
 

Cellula	Contenuto in DNA	Numero di cromosomi	Tipo di cromosomi	Dimensione del genoma
Cellula madre	2c	2n = 46	Monocromatidico	6,4 Gbp
Cellula madre dopo la fase S (replica del DNA)	4c	2n = 46	Dicromatidico	12,8 Gbp
Cellula figlia 1	2c	2n = 46	Monocromatidico	6,4 Gbp
Cellula figlia 2	2c	2n = 46	Monocromatidico	6,4 Gbp

Il significato genetico è quindi quello di ricostituire nelle cellule figlie la stessa informazione, qualitativa e quantitativa, della cellula madre. Se ciò fosse sempre vero, un individuo multicellulare sarebbe composto di cellule tutte geneticamente identiche al 100% tra loro. In realtà, per effetto di mutazioni puntiformi originatesi durante la replicazione del DNA e sfuggite ai sistemi di riparazione, si stima che circa 10^-9 basi per genoma siano diverse (6 basi in ogni cellula), con un accumulo progressivo ad ogni mitosi, per cui le cellule somatiche dell'adulto possono avere alcune decine di geni mutati rispetto a quelli presenti nello zigote, tollerati perché non influenti sulle funzioni dello specifico tipo cellulare differenziato.

La meiosi è la divisione cellulare tipica delle cellule germinali negli individui a riproduzione sessuata, e presenta due particolarissimi fenomeni nel trattamento delle informazioni: il dimezzamento del genoma, e la generazione di nuove sequenze cromosomiche rispetto a quelle originarie.
Il dimezzamento del numero dei cromosomi nella cellula sessuale matura  (gamete) permette di mantenere costante tale numero nella specie, in quanto in seguito a unione dei gameti dei due sessi, entrambi con numero aploide di cromosomi, si ricostituisce il doppio corredo cromosomico (diploide) tipico delle cellule somatiche, che possiedono una versione paterna e una materna di ciascun cromosoma. La riduzione del materiale genetico avviene in due fasi: nella prima divisione cellulare (meiosi I) il precursore dei gameti replica il DNA, ma durante la divisione cellulare i cromatidi non si separano, per cui ciascuna cellula riceve 23 cromosomi dicromatidici, ossia un solo cromosoma per ciascuna coppia di omologhi. Segue una seconda divisione cellulare (meiosi II) non preceduta da replicazione del DNA, durante la quale i due cromatidi dei 23 cromosomi di ciascuna cellula si separano, ottenendosi alla fine due cellule figlie (da ciascuna delle cellule prodotte dalla meiosi I) con 23 cromosomi monocromatidici, patrimonio che corrisponde al 50% di quello delle cellule somatiche.
 
 
 

Cellula	Contenuto in DNA	Numero di cromosomi	Tipo di cromosomi	Dimensione del genoma
Spermatogonio	2c	2n = 46	Monocromatidico	6,4 Gbp
Spermatocita di I ordine dopo la fase S  (replicazione del DNA)	4c	2n = 46	Dicromatidico	12,8 Gbp
Meiosi I
Spermatocita II ordine (1)	2c	n = 23	Dicromatidico	6,4 Gbp
Spermatocita II ordine (2)	2c	n = 23	Dicromatidico	6,4 Gbp
Meiosi II
Spermatide (1)	c	n = 23	Monocromatidico	3,2 Gbp
Spermatide (2)	c	n = 23	Monocromatidico	3,2 Gbp
Spermatide (3)	c	n = 23	Monocromatidico	3,2 Gbp
Spermatide (4)	c	n = 23	Monocromatidico	3,2 Gbp

Inoltre, il dimezzamento del materiale genetico è associato anche alla prima fonte di variabilità della informazione genetica nei gameti: l'assortimento indipendente, ossia la distribuzione casuale di ciascun membro di una coppia di cromosomi omologhi in una delle due cellule figlie all'atto della anafase I. Ad esempio, prendendo in esame la coppia di cromosomi 1, il cromosoma 1 paterno potrebbe segregare nella cellula figlia 1, e il corrispettivo materno nella cellula figlia 2; il contrario potrebbe avvenire casualmente per la coppia dei cromosomi 2, e così via. Se si considerano in H. sapiens le 23 coppie dei cromosomi, i membri di ciascuna delle quali vengono distribuiti a caso tra le due cellule figlie, si hanno 2²³ combinazioni possibili, ossia più di 8 milioni di gameti diversi solo per effetto dell'assortimento indipendente durante il dimezzamento del genoma.

Sebbene tale variabilità sia di per sé enorme, va anche sottolineato che durante la meiosi I, durante la profase, i rispettivi cromosomi dicromatidici omologhi si sovrappongono (appaiamento degli omologhi), e vanno incontro al crossing-over, un meccanismo per cui due dei cromatidi sovrapposti vengono tagliati, e i segmenti generati dal taglio su ciascun cromatide si scambiano la posizione, finendo per trovarsi sull'altro membro della copia di cromosomi. In questo modo, si formano due nuove doppie eliche, ciascuna composta di una parte di origine paterna e una parte di origine materna. Il processo può essere immaginato come la creazione di nuovo mazzo di carte (i geni) a partire da due mazzi originariamente omogenei, o come l'assemblaggio di un nuovo programma mescolando le istruzioni di due programmi originari. Poiché il numero di punti di scambio e la loro posizione sono casuali, il numero possibile di nuove sequenze di DNA che ciascuna coppia di cromosomi appaiati può generare dopo il crossing-over è inconcepibilmente alto, ed è praticamente impossibile che una singola cellula sessuale di un individuo ripeta la stessa configurazione di crossing-over per tutte e 23 le coppie di cromosomi che si è verificata in un'altra cellula.

Nella specie umana, il numero di scambi per ogni cellula in cui avviene il crossing over è in media di 27  nel maschio (intervallo: 17-37, deviazione standard: ±7) e di 42 nella femmina  (intervallo: 28-61, deviazione standard: ±4). Nella gametogenesi femminile si ha quindi costantemente un maggior tasso di crossing-over, per ragioni non chiare.

E' importante notare come l'avvenimento di almeno uno scambio per ciascuna coppia di cromosomi omologhi sembri essere fondamentale per la realizzazione di una meiosi corretta: l'assenza di crossing over favorisce una segregazione anomala dei due cromosomi appaiati, che possono non separarsi dando origine a mutazioni cromosomiche di numero (una cellula riceve entrambi i cromosomi omologhi, e l'altra nessuno).

La fecondazione segna l’inizio di un nuovo organismo, ed è il processo per cui due cellule germinali si fondono insieme per creare un nuovo individuo con un programma genetico derivato da entrambi i genitori. Alla fecondazione, una ulteriore (terza) fonte di variabilità genetica è generata dall'unione casuale di uno dei gameti paterni con uno dei gameti materni. In un episodio di fecondazione umana, sono in gioco circa 150 milioni di gameti maschili (spermatozoi) e uno tra i circa 400.000 gameti femminili (ovociti).
Se il significato genetico della fecondazione è quello della ricostituzione di un programma genetico completo, in grado di dirigere lo sviluppo del nuovo individuo, si pone il problema della correttezza dei due singoli programmi genetici generati dai processi precedenti, e anche quello della compatibilità tra i due programmi stessi, perché specifiche combinazioni di alleli paterni e materni potrebbero non essere compatibili con uno sviluppo normale. Il controllo della qualità dei programmi genetici è affidato a meccanismi biologici di selezione natusale: gameti che!portano gravi mutazioni non sopravvivono,  o sono svantaggiati durante la competizione per il processo di fecondazione. Inoltre, se lo squilibrio si forma solo nello zigote (o "one-cell embryo"), ed è grave, l'embrione può andare incontro ad aborto spontaneo.

In sintesi, i programmi genetici di ciascun genitore vengono dimezzati, rimescolati (mediante il crossing-over e l'assortimento casuale) e riuniti nella nuova cellula che si forma in seguito alla fecondazione. E' quindi al momento della selezione del nuovo programma genetico, che avviene al momento dell'ingresso di quel determinato spermatozoo in un particolare ovocita, che risultano stabilite le caratteristiche ereditarie individuali.