Fase ovulasi dimulai ketika tingkat hormon luteinisasi melonjak. Hormon luteinizing merangsang folikel dominan untuk membesar dari permukaan ovarium dan akhirnya pecah, melepaskan sel telur. Tingkat hormon perangsang folikel meningkat ke tingkat yang lebih rendah. Fungsi peningkatan hormon perangsang folikel tidak dipahami.

Fase ovulasi biasanya berlangsung 16 hingga 32 jam. Itu berakhir ketika telur dilepaskan, sekitar 10 hingga 12 jam setelah peningkatan kadar hormon luteinizing. Telur dapat dibuahi hanya sampai sekitar 12 jam setelah dilepaskan.

Lonjakan hormon luteinizing dapat dideteksi dengan mengukur tingkat hormon ini dalam urin. Pengukuran ini dapat digunakan untuk menentukan kapan wanita subur. Pemupukan lebih mungkin terjadi ketika sperma ada di saluran reproduksi sebelum telur dilepaskan. Sebagian besar kehamilan terjadi ketika hubungan intim terjadi dalam 3 hari sebelum ovulasi.

Sekitar waktu ovulasi, beberapa wanita merasakan nyeri tumpul di satu sisi perut bagian bawah. Nyeri ini dikenal sebagai mittelschmerz (secara harfiah, nyeri tengah). Rasa sakit dapat berlangsung selama beberapa menit hingga beberapa jam. Rasa sakit biasanya dirasakan di sisi yang sama dengan ovarium yang melepaskan sel telur, tetapi penyebab pasti dari rasa sakit itu tidak diketahui. Rasa sakit dapat mendahului atau mengikuti pecahnya folikel dan mungkin tidak terjadi pada semua siklus.

Pelepasan sel telur tidak bergantian antara dua ovarium dan tampak acak. Jika satu ovarium diangkat, ovarium yang tersisa melepaskan telur setiap bulan.