Sperm ve yumurtanın sıvı bir ortamda birleşerek, tek çekirdekli bir hücreyi oluşturmalarıdır. Bu diploit hücreye zigot denir. Spermalar yumurta üzerine ya da ortama bırakılırsa buna dış döllenme denir. Genellikle spermalar kendi cinsine özgü yumurtaları, yumurtaların çıkardığı özel kimyasal maddelerle bulurlar. İç döllenmede spermalar özel çiftleşme organlarıyla dişi eşey organının içine bırakılır.

Hayvanların büyük bölümünde dış döllenme vardır. Suda yaşayan hayvanların (memeliler dışında) çoğu sperma ve yumurtalarını serbestçe ortama bırakırlar. Bu canlılara örnek olarak, süngerler, doğuran balıkların dışındaki balıklar ve bazı amfibiler verilebilir. Bununla birlikte bazı su hayvanlarında çok daha gelişmiş üreme davranışları vardır. Bunlarda sperma doğrudan yumurtanın üzerine bırakılır. Örnek olarak, bazı amfibiler (su kurbağaları vb.) ve bazı balıklar (alabalıklar vb.) verilebilir. Bu örnekler dışında çok daha çeşitli dış döllenme şekilleri vardır.

Karada yaşayan hayvanların ve parazitlerin hemen hemen tümünde iç döllenme vardır. Aynı zamanda suda yaşayan bazı hayvanlarda da (köpek balıkları ve akvaryumlarda sıkça beslenen lepisteslerde) görülür. Bu canlıların erkeklerinde spermalarını dişi eşey organına iletmek için bazı yapılar gelişmiştir.

Döllenme için yumurta kimyasal bir madde salgılayarak, spermanın kendisine doğru hareketini sağlar. Yumurtaya ulaşan birçok spermadan ancak biri yumurtayı dölleyebilir. Spermanın ucundaki akrozom enzimleri yumurtanın zarını eritir ve spermanın baş kısmı yumurtaya girer. Bu sırada yumurtanın dış kısmında döllenme zarı oluşur. Bu zar bir başka spermanın girmesini engeller. Döllenme olurken yumurtanın stoplâzmasında iki haploit çekirdek birleşerek diploit çekirdeği oluştururlar. Oluşan zigot hemen mitozla bölünmeye başlar. Bundan sonra oluşan hücrelerin kromozom sayısı ve yapısı aynıdır. Zigotun bu şekilde bölünmesi ve hücrelerin farklılaşmasıyla yeni canlı meydana gelir. Bu olaylara gelişme denir. Döllenme olayı ya su içinde ya da ana vücudunda gerçekleşir.