Er zijn vijf fasen van mitose. Elke fase wordt gebruikt om te beschrijven welke verandering de cel doormaakt. De fasen zijn profase, prometafase, metafase, anafase en telofase.
Profase
Tijdens de profase condenseert het chromatine (verward DNA) in de kern tot chromosomen (samengeklonterd DNA). Paren centriolen bewegen naar tegenovergestelde zijden van de kern. Spindelvezels beginnen een brug te vormen tussen de uiteinden van de cel.
Prometafase
Tijdens de prometafase valt het nucleaire omhulsel rond de chromosomen uiteen. Er is nu geen kern meer en de zusterchromatiden zijn vrij. Bij elk centromeer vormt zich een eiwit dat kinetochoor wordt genoemd. Lange dunne eiwitten reiken vanuit tegenovergestelde polen van de cel en hechten zich aan elke kinetochore.
Metafase
Tijdens de metafase worden de chromatidenparen uitgelijnd door het duwen en trekken aan de vastgehechte kinetochore microtubuli, vergelijkbaar met een spelletje "touwtrekken". Beide zusterchromatiden blijven aan elkaar vastzitten bij het centromeer. De chromosomen liggen op één lijn op de evenaar van de cel, of middenlijn, en worden voorbereid op de deling. Dit is de langste fase van mitose.
Anafase
Tijdens de anafase gaan de zusterchromatiden uit elkaar en bewegen ze van de evenaar van de cel (metafaseplaat) naar de polen van de cel. De kinetochore is bevestigd aan het centromeer. De microtubuli houden zich vast aan de kinetochore en worden korter. Een andere groep microtubuli, de niet-kinetochore microtubuli, doen het tegenovergestelde. Zij worden langer. De cel begint zich uit te rekken als de tegenoverliggende uiteinden uit elkaar worden geduwd.
Telofase
De telofase is de laatste fase van de mitose: de cel zelf is klaar om zich te delen. Eén set chromosomen bevindt zich nu aan elke pool van de cel. Elke set is identiek. De spilvezels beginnen te verdwijnen en rond elke set chromosomen vormt zich een kernmembraan. In elke nieuwe kern verschijnt ook een nucleolus en de enkelvoudige chromosomen ontrollen zich tot onzichtbare strengen chromatine.