Fertilisasi terjadi saat oosit sekunder yang mengandung ovum dibuahi oleh sperma dan terjadi di tuba falopii dengan kejadian sebagai berikut :
1. Penetrasi sperma
Oosit sekunder mengeluarkan fertilizin untuk menarik sperma agar mendekatinya. Sperma harus menembus lapisan-lapisan yang mengelilingi oosit sekunder dengan cara mengeluarkan enzim hialuronidase untuk melarutkan senyawa hialuronid pada corona radiata, lalu mengeluarkan akrosin untuk menghancurkan glikoprotein pada zona pelusida dan anti fertilizin agar dapat melekat pada oosit sekunder.
2. Proses di sel telur
Sel-sel granulosit di bagian korteks oosit sekunder mengeluarkan senyawa tertentu agar zona pelusida tidak dapat di tembus oleh sperma yang lainnya. Penetrasi sperma akan merangsangsel telur untuk menyelesaikan proses meiosis II yang menghasilkan 3 badan polar dan satu ovum (inti oosit sekunder).
3. Setelah penetrasi
Setelah sperma memasuki oosit sekunder, inti atau nukleus pada kepala sperma akan
membesar dan ekor sperma akan berdegenerasi.
4. Penggabungan inti
Terjadi penggabungan inti sperma yang mengandung 23 kromosom (haploid)dengan inti ovum yang mengandung 23 kromosom (haploid) sehingga menghasilkan zigot
Bentuk sel sperma :
- Kepala dapat berbentuk bulat atau lonjong.
- Nukleus terbungkus oleh inti membran.
- Akrosom, ruangan yang banyak mengandung enzim proteolitik.
- Membran dalam akrosom, berhadapan dengan membran nukleus spermatozoa.
- Membran luar akrosom, berdekatan dengan membran plasma.
- Bagian leher yang banyak mengandung mitokondria merupakan penghasil energi dalam bentuk gradient ion adenosine trifosfat (ATP). Mitokondria mengandung RNA dan DNA sehingga dapat bereplikasi dengan bebas. Energi yang terdapat dalam mitokondria dipergunakan untuk gerakan spermatozoa melalui ekornya.
- Ekor spermatozoa yang cukup panjang dipergunakan untuk pergerakan menembus leher serviks, uterus, dan tuba. Dengan interaksi khusus akan terjadi gerakan.
Struktur ovum :
DNA yang terdapat pada mitokondria dan kloropas tersebut berbentuk sirkuler, seperti pada virus dan bakteri. Gardner dkk  (1991) menjelaskan bahwa bentuk DNA sirkuler berhubungan dengan teori yangmenyatakan bahwa pada saat berevolusi, mitokondria merupakan bakteri yang bergabung dengan bakteri lain yang selanjutnya dalam membentuk sel eukariotik. Karenanya mitokondria memiliki genom DNA sendiri dan memiliki bentuk DNA sirkuler.