Poco después de su formación, los espermatocitos primarios duplican sus cromosomas para obtener un contenido de DNA 4N con un número diploide de cromosomas. Durante la primera división meiótica, el contenido de DNA se divide a la mitad (DNA 2N) en cada célula hija (espermatocito secundario), y el número cromosómico se hace haploide. Durante la segunda división meiótica el contenido de DNA en cada nueva célula hija (espermátide) se reduce a 1N, y sigue siendo haploide.

La profase I de la primera división meiótica tarda 22 días, y pasa por cuatro estados: leptoteno, cigoteno, paquiteno y diacinesis. Los cromosomas del espermatocito primario inician su condensación, forman largas hebras durante el estado leptoteno y se unen con sus homólogos durante el estado cigoteno. La condensación ulterior tiene como resultado producción de cromosomas pequeños y anchos, que se agrupan en tétradas, durante el estado paquiteno.