В пыльниках в результате мейоза формируются микроспоры, каждая покрывается оболочкой и образуется пыльцевое зерно. Оболочка часто скульптурирована, характер узоров специфичен для рода или вида. Наружная стенка (экзина) состоит из спорополленина – одного из наиболее стойких материалов в природе, поэтому оболочки пыльцевых зерен могут сохраняться иногда на протяжении миллионов лет. Ядро пыльцевого зерна делится надвое путем митоза, образуется генеративное ядро и ядро пыльцевой трубки (мужской гаметофит). При попадании пыльцевого зерна на рыльце столбика клетки рыльца стимулируют прорастание пыльцевой трубки, которая быстро растет к завязи. Во время роста пыльцевой трубки генеративное ядро делится митотически, образуя два спермия. Пыльцевая трубка проникает в семязачаток через микропиле, конец трубки разрывается, освобождая спермии вблизи зародышевого мешка.
В нуцеллусе семязачатка развивается одна клетка мегаспоры, эта клетка делится путем мейоза (три клетки погибают) и образует одну гаплоидную мегаспору, или зародышевый мешок. Зародышевый мешок растет, его ядро делится путем митоза (на этой стадии его содержимое представляет собой женский гаметофит). В результате митозов образуется восемь ядер: два ядра перемещаются к центру зародышевого мешка и сливаются в одно диплоидное. Остальные шесть ядер располагаются по три на каждом конце зародышевого мешка, одно из них является ядром яйцеклетки.
В оплодотворении покрытосеменных принимают участие оба спермия: один сливается с диплоидной центральной клеткой (далее из него развивается триплоидный эндосперм), второй сливается с яйцеклеткой, образуя диплоидную зиготу. Двойное оплодотворение свойственно только цветковым (открыто в 1898 году С.Г.Навашиным у лилейных). Преимущества двойного оплодотворения: очень быстрое (опережающее развитие зародыша) образование питательной ткани, которое происходит только после оплодотворения. Семяпочки цветковых не запасают питательную ткань впрок и развиваются гораздо быстрее чем у голосеменных, таким образом, ускоряется весь процесс образования семяпочки и семени.
Процессу оплодотворения предшествует опыление — перенос пыльцы от пыльцевых мешков тычинок к рыльцам пестиков. Попав на рыльце пестика, под воздействием веществ, выделяемых пестиком, пыльца начинает прорастать: образуется пыльцевая трубка, внедряющаяся в ткань рыльца. Кончик пыльцевой трубки выделяет вещества, размягчающие ткань рыльца и столбика. В процессе формирования пыльцевой трубки принимает участие сифоногенная клетка. По мере роста пыльцевой трубки в нее переходит спермагенная клетка, которая делится митозом с образованием двух спермиев (у некоторых растений спермагенная клетка дает начало двум спермиям еще до прорастания пыльцы). Пыльцевая трубка продвигается по столбику пестика и врастает в зародышевый мешок, как правило, через микропиле. После проникновения в зародышевый мешок кончик пыльцевой трубки разрывается, и спермии попадают внутрь. Один из спермиев сливается с яйцеклеткой, образуя диплоидную зиготу. Второй спермий сливается с центральной клеткой зародышевого мешка, образуя триплоидную клетку, из которой далее формируется эндосперм (питательная ткань) семени, обеспечивающий питание зародыша. Синергиды и антиподы дегенерируют. Вышеописанный процесс получил название двойного оплодотворения. Двойное оплодотворение у цветковых растений было открыто в 1898 году русским ботаником С.Г. Навашиным.
После двойного оплодотворения из яйцеклетки формируется зародыш семени, из центрального ядра зародышевого мешка — эндосперм, из интегументов — семенная кожура, из всего семязачатка — семя, а из стенок завязи — околоплодник. В целом из завязи пестика формируется плод с семенами.
