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Zu Beginn der Prophase I haben sich die Chromosomen bereits verdoppelt. Während der Prophase I winden sie sich zusammen; sie werden kürzer und dicker, sodass man sie im Lichtmikroskop erkennen kann.
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Die verdoppelten, homologen Chromosomen bilden Paare, und das Crossover (der Austausch einzelner Chromosomenabschnitte) spielt sich ab. Durch Crossover kann es zur genetischen Rekombination kommen. Jedes Paar homologer Chromosomen ist jetzt als Bivalent (Tetrade) zu erkennen: Zwei Chromosomen, jedes mit zwei Tochterchromatiden, sind eng zusammengelagert. Die Crossover-Stellen sind als Chiasmata (Einzahl: Chiasma) zu erkennen, als Überkreuzung von Chromatiden, die keine Schwesterchromatiden sind.
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In der Prophase I verschwindet der Nucleolus.
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Im Cytoplasma wandern die beiden Centriolenpaare zu entgegengesetzten Zellpolen, und zwischen ihnen bildet sich die Meiosespindel, die aus Mikrotubuli und anderen Proteinen besteht.
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Am Ende der Prophase I löst sich die Kernhülle auf, sodass die Spindel in den Zellkern eindringen kann.
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Die Prophase I ist die längste Phase der Meiose: In der Regel macht sie 90 Prozent der Zeit zwischen zwei Zellteilungen aus.
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