Заполнения відбувається в ампулярному відділі маткової труби. Спермії, депоновані після статевих зносин у задньому склепінні піхви, завдяки власним рухам потрапляють у маткові труби, де за рахунок м’язових скорочень і спрямованого руху торочок труби сягають її ампули.

Злиття статевих клітин чоловіка та жінки у жіночих внутрішніх статевих органах називається внутрішнім заплідненням. Розрізняють такі етапи запліднення, як проникнення сперматозоїда в яйцеклітину (пенетрація) і злиття ядер обох статевих клітин (копуляція).

Еякулят вливається в піхву в кількості від 2 до 5 мл. Нормальний еякулят містить від 30 до 100 млн сперматозоїдів в 1 мл, у піхву проникає від 60 до 500 млн сперматозоїдів, через канал шийки матки в її порожнину — кілька мільйонів, з яких ампульної частини маткової труби досягає лише 100 сперматозоїдів. Транспорт сперматозоїдів триває 5—30 год. Запліднення здійснюється зазвичай протягом перших J 2 год після овуляції. Сперматозоїди в жіночих статевих органах зберігають здатність до запліднення протягом 1—2 діб.

У проникненні сперматозоїда крізь блискучу оболонку яйцеклітини важливу роль відіграє акросомна реакція. Після “зустрічі” сперматозоїда з яйцеклітиною відбувається злиття плазматичної й акросомної мембран. Після цього злиті мембрани розпадаються на безліч пухирців (везикуляція). Сперматозоїд проникає через розпушену під дією ферментів желатиноподібну міжклітинну речовину яйценосного горбка і, наближаючись до поверхні яйцеклітини, зливається з кірковою речовиною цитоплазми бічною поверхнею головки.

Сперматозоїди, які щойно потрапили в жіночі статеві органи, ще не здатні до здійснення акросомної реакції для з’єднання з яйцеклітиною. Такої здатності вони набувають, коли зазнають специфічних змін, які називаються капацитацією. Капацитація відбувається під впливом речовин, які секретуються слизовою оболонкою маткових труб і матки.

Злиття плазматичних мембран сперматозоїда і яйцеклітини призводить до активації останньої, що є складним комплексом явищ, які включають кортикальну реакцію, утворення сприймального горбка, стимуляцію ядра тощо. У місці прикріплення сперматозоїда ооплазма кіркової речовини яйцеклітини втягується, причому нерідко з утворенням сприймального горбка.

Ооплазма сприймального горбка проникає під плазматичну мембрану сперматозоїда, обтікає його ядро й органели, після чого вони починають переміщуватися до основи сприймального горбка, тоді як плазматична мембрана сперматозоїда залишається на поверхні.

Головка сперматозоїда занурюється в цитоплазму, орієнтуючись прилеглою до неї середньою частиною вглиб яйцеклітини. Просуваючись до місця злиття з ядром яйцеклітини, ядро сперматозоїда поступово перетворюється на чоловічий пронуклеус, його хроматин розпушується і розсіюється, ядерна оболонка розпадається на окремі пухирці, і мембрана пронуклеуса формується знову.

Ці перетворення відбуваються одночасно із завершенням поділу, дозріванням і формуванням жіночого пронуклеуса. Обидва пронуклеуса зближуються в центрі яйцеклітини, що є завершальним етапом процесу запліднення.