Tiếp theo pha G2 của kì trung gian là kì đầu. Rất khĩ phân biệt một cách chính xác điểm chuyển tiếp này, các hiện tượng đặc trưng cho kì đầu là:
Hình thnàh NST: Chất nhiễm sắc ở kì trung gian bao gồm các sợi nhiễm sắc đã được nhân đơi ở pha S tạo thành 2 nhiễm sắc chị em đính với nhau ở trung tiết, trở nên xoắn và cơ đặc lại hình thành các NST kép thấy rõ dưới kính hiển vi thường, số lượng và hình thái NST (ở cuối kì này) đặc trưng cho lồi.
Ngọc Hải
Mỗi NST kép gồm 2 nhiễm sắc tử chị em đính với nhau ở vùng được gọi là trung tiết (centromere). 2 nhiễm sắc tử chị em trong một NST kép mà ta thấy rõ ở kì đầu chứng tỏ rẳng NST đã được nhân đơi ở pha S.
Màng nhân và nhân con cĩ nhiều thay đổi: Nhân con giảm thể tích, phân rã và biến mất. Tấm lamina (được cấu tạo bởi prơtêin lamin cĩ vai trị cố định màng nhân) của màng nhân bị phân giải, màng nhân đứt ra thnàh nhiều đoạn và biến thành các bĩng khơng bào bé phân tán trong tế bào chất tạo điều kiện cho NST di chuyển ra ngồi vi tế bào.
Hình thành bộ máy phân bào: Đa số tế bào động vật cĩ trung thể gồm 2 trung tử và vùng quanh trung tử, qua pha S trung tử được nhân đơi thnàh 2 đơi trung tử con. Trung tử con trửo thành trung tử mới. Do sự hoạt hố của chất trung tử, các phân tử tubulin trong tế bào chất trùng hợp thành các vi ống tubulin. Các vi ống xếp phĩng sạ quanh trung tủe mới tạo thành sao phân bào. 2 sao di chuyển về 2 cực tế bào. Giữa 2 sao, các vi ống phát triển sắp xếp thành hệ thốnh sợi cĩ dạng hình thoi được gọi là thoi phân bào. Cấy tạo nên phi cĩ 2 dạng sợi (vi ống ) chạy từ sao của cực này đến cực kia, cịn các vi ống tâm động (hay sợi tâm động) là các sợi nối với tâm động của NST kép. Đến cuối kì đầu, khi màng nhân biến mất thì bộ máy thoi cĩ 2 sao đã được hình thành.
Ở tế bào thực vật khơng quan sát thấy trung tử, những ở cạnh nhân vẫn cĩ vùng đậm đặc tương tự vùng quanh trung tử và vai trị của chúng là sự hoạt hố sự trùng hợp tubulin để tạo thnàh thoi phân bào ở tế bào thực vật (vì vậy được gọi là phân bào khơng sao).