M期又稱為分裂期,是將複製了的遺傳物質平均分配到兩個子細胞中去,完成細胞分裂的時期。此期在細胞周期中所占時間最短。M期細胞形態、結構發生顯著改變,染色體凝集及分離,核膜、核仁解體及重建,紡錘體、收縮環在胞質形成,細胞核分裂形成兩個子核,細胞質一分為二。除非組蛋白外,細胞中蛋白質合成顯著降低。
在此期細胞膜也發生變化,因此體外培養的細胞變圓,脫離培養瓶底,可用搖落法進行細胞周期M期同步化篩選。細胞周期中,細胞形態也發生一系列變化,從光學顯微鏡下可看到G1期細胞最小,細胞扁平而光滑,隨著向S→G2→M期的發展細胞逐漸增大,從扁平變成球形。掃描電鏡下可明顯看到各時期內細胞表面形態的變化,如微絨毛逐漸增加,這些變化和細胞內各種生化的和生理的周期性變化是有關的。