A la naissance, les ovaires de la petite fille contiennent déjà en puissance tous les ovules dont elle aura jamais l'utilité. Sur le million d'ovules existants, seuls 300 à 500 seront expulsés (ovulés) hors des ovaires entre la puberté et la ménopause.

A l'approche de la puberté, la production d'hormones s'intensifie, permettant l'ovulation et la conception. Les hormones les plus importantes sont les estrogènes, la progestérone, l'hormone folliculo-stimulante (FSH), l'hormone lutéinisante (LH) et la gonadotrophine hypophysaire ou gonadostimuline (GnRH). La sécrétion de chacune de ces hormones augmente et décroît de façon régulière selon un cycle se répétant chaque mois environ. Au cours de ce cycle, les variations hormonales vont amener un œuf (ou ovule) à maturité. Il se développe d'abord à l'intérieur du follicule ovarien, une petite cavité remplie de fluide. Quand l'œuf est prêt à être fécondé, le follicule se rompt, libérant ainsi l'ovule qui est alors capté par le pavillon de la trompe. Habituellement, un seul œuf atteint la maturité chaque mois, mais il arrive que deux ovules soient fécondés en même temps : dans ce cas il y aura naissance de jumeaux dizygotes ou "faux" jumeaux (les jumeaux monozygotes, ou "vrais" jumeaux, proviennent de la fécondation d'un seul œuf, qui se divise ensuite en deux).

L'ovulation se produit à peu près à la mi-temps entre deux périodes de règles, en général quatorze jours avant le début des règles suivantes, bien que cette date puisse varier largement d'une femme à l'autre, et d'un mois à l'autre (voir le chapitre 14 sur les méthodes naturelles). Pendant la phase de maturation, la sécrétion accrue d'hormones provoque la transformation de la muqueuse utérine (endomètre), qui est prête à nourrir l'œuf fécondé.

Des événements physiques ou psychologiques peuvent perturber la production hormonale et bouleverser le cycle menstruel de sorte que l'ovulation peut survenir à un moment imprévu, parfois même pendant les règles.

On estime que les spermatozoïdes sont capables de survivre jusqu'à 7 jours dans les voies reproductrices et que l'œuf est fécondable jusqu'à 24 heures après avoir été expulsé :la fécondation est donc possible pendant environ 8 jours à chaque cycle. Si l'œuf n'est pas fécondé, il est simplement expulsé au moment des règles.