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.
