Mitóza má pět fází. Každá fáze popisuje, jakou změnou buňka prochází. Fáze jsou profáze, prometafáze, metafáze, anafáze a telofáze.
Profáze
Během profáze dochází v jádře ke kondenzaci chromatinu (zamotané DNA) do chromozomů (svazků DNA). Páry centriol se přesunou na opačné strany jádra. Vřeténková vlákna začnou vytvářet most mezi konci buňky.
Prometafáze
Během prometafáze se jaderný obal kolem chromozomů rozpadá. Nyní již neexistuje žádné jádro a sesterské chromatidy jsou volné. V každé centroméře se vytvoří bílkovina zvaná kinetochor. Dlouhé tenké bílkoviny sahají napříč z opačných pólů buňky a připojují se ke každému kinetochoru.
Metafáze
Během metafáze se dvojice chromatid vyrovnávají tlačením a tažením připojených mikrotubulů kinetochoru, podobně jako při hře "přetahování lanem". Obě sesterské chromatidy zůstávají k sobě připojeny v centroméře. Chromozomy se seřadí na rovníku neboli středové čáře buňky a jsou připraveny k dělení. Jedná se o nejdelší fázi mitózy.
Anafáze
Během anafáze se sesterské chromatidy rozdělí a přesunou se z rovníku buňky (metafázní destička) k pólům buňky. Kinetochor je připojen k centroméře. Mikrotubuly se drží kinetochoru a zkracují se. Další skupina mikrotubulů, nekinetochorové mikrotubuly, dělá pravý opak. Prodlužují se. Buňka se začíná roztahovat, protože se od sebe vzdalují opačné konce.
Telofáze
Telofáze je závěrečná fáze mitózy: buňka je připravena k dělení. Na každém pólu buňky je nyní jedna sada chromozomů. Každá sada je identická. Vřeténková vlákna začínají mizet a kolem každé sady chromozomů se vytváří jaderná membrána. V každém novém jádře se objeví také nukleolus a jednovláknové chromozomy se rozpletou do neviditelných vláken chromatinu.