La divisione cellulare è quel processo che consente, a partire da una cellula detta cellula madre, la formazione di due cellule figlie ad essa identiche. Il processo è noto come mitosi.
Negli organismi unicellulari che si riproducono senza l'intervento dei due sessi (riproduzione asessuata) la mitosi coincide con la riproduzione. Negli organismi pluricellulari la mitosi consente la costruzione di un individuo formato da miliardi di cellule a partire da una singola cellula fecondata. In questi organismi, inoltre, la divisione cellulare, permette di sostituire le cellule usurate per cause naturali o accidentali (ad esempio nei processi di cicatrizzazione).
Il processo di divisione cellulare avviene attraverso varie fasi che comportano la duplicazione del DNA e la sua successiva suddivisione in due cellule figlie. In questo modo il flusso di informazione tra generazioni cellulari successive resta costante. Nel corso della riproduzione sessuale, due cellule (cellule germinali ogameti) si fondono tra loro in una cellula figlia che, nel caso di organismi pluricellulari, darà origine ad un nuovo individuo (zigote). Se queste due cellule germinali fossero uguali a tutte le altre cellule dell'organismo, dalla loro fusione si originerebbe un organismo con un contenuto di DNA doppio rispetto alla norma. In natura questo non accade, in quanto queste cellule subiscono una trasformazione iniziale che dimezza il loro contenuto di DNA. Il processo, detto meiosi, viene reso possibile dal fatto che il genotipo di un organismo è dato dalla somma di due serie geniche identiche che si manifestano, a livello nucleare, prima di ogni divisione, sotto forma di coppie di cromosomi (corredo diploide). In pratica le informazioni relative ad un determinato carattere sono presenti in duplice copia su due cromosomi uguali ma distinti.
Con la meiosi, attraverso le cellule germinali, ogni genitore trasmette una sola serie cromosomica (corredo aploide) in modo tale da ricostituire, al momento della fecondazione, il normale corredo diploide tipico di quella specie. L'individuo che si svilupperà dalla cellula fecondata, tuttavia, pur essendo dotato di un corredo genetico quantitativamente uguale a quello dei genitori, presenterà caratteristiche genetiche qualitativamente differenti, sia perché è il frutto di una fecondazione incrociata, sia perché, nel corso della formazione delle cellule germinali, intervengono processi di rimescolamento genetico (crossing over), che favoriscono la comparsa di caratteri variati nella discendenza. A questa variabilità, inoltre, può aggiungersi una variabilità indotta da fenomeni di mutazione genica casuale (sia a livello di singole basi che a livello cromosomico) che possono comportare la comparsa di caratteri assolutamente originali (non necessariamente favorevoli).
Grazie a questi meccanismi la vita può manifestarsi in forme individuali assolutamente originali e differenti. Gli organismi che si riproducono asessualmente generano figli assolutamente uguali a loro stessi e la loro varibilità è unicamente determinata dalla comparsa di mutazioni geniche.