有絲分裂的分子機制是細胞生物學研究最密集的領域之一，從紡錘體力學到染色體分離的信號轉導，涉及結構生物學、生物物理學和系統生物學的交叉。
紡錘體組裝的雙機制
紡錘體組裝有兩條互補路徑：(1) 中心體主導的「搜尋-捕獲」（search and capture）模型——中心體射出的動態微管（+ 端）隨機探索空間，遇到動粒後穩定附著；(2) 染色體主導的「自組裝」路徑——Ran-GTP 梯度在染色體周圍釋放 NuMA 和 TPX2 等紡錘體組裝因子，在染色體附近局部核化微管，再由 Dynein 和 Kinesin 分選至兩極。植物細胞和卵母細胞（無中心體）完全依賴第二條路徑。Augmin 複合體在已存在的微管上分支核化新微管，放大紡錘體密度。
錯誤附著的偵測與校正
動粒-微管附著有四種模式：amphitelic（正確，雙向）、syntelic（兩個動粒連同側，錯誤）、merotelic（一個動粒同時連兩側，錯誤）、monotelic（只有一個動粒連接，中間態）。Aurora B kinase 是錯誤校正的核心——它位於內著絲粒，磷酸化外動粒的 KMN 網路蛋白（Ndc80 的 N-tail），降低其對微管的親和力。在正確的 amphitelic 附著下，雙向拉力使動粒與內著絲粒之間的距離增加，Aurora B 的底物被拉離激酶的作用範圍，磷酸化減少，附著穩定——這就是張力感測機制（tension-sensing mechanism）。
後期的觸發——不可逆的生化開關
SAC 滿足 → MCC 解體 → APC/C-Cdc20 活化 → Securin 泛素化降解 → Separase 被釋放 → Separase 切割 Cohesin Scc1 的 EXVD 位點 → 姊妹染色分體分離。這個級聯反應是不可逆的——一旦 Separase 活化，Cohesin 被切割就無法在有絲分裂中重新裝載。值得注意的是，臂部 Cohesin 在前期就被 Wapl 通過「prophase pathway」移除，只有著絲粒周圍的 Cohesin 受 Sgo1-PP2A 保護，確保在後期才被 Separase 切割。
動粒微管的力學——Pac-Man 與 Flux 機制
後期 A 的染色體移動由兩個機制驅動：(1) Pac-Man 機制——微管在動粒端去聚合（+ 端），Ndc80 複合物與彎曲的 protofilament 偶聯，將去聚合的能量轉化為力（~5 pN/微管）。Dam1/DASH 環（酵母）或 Ska 複合物（人類）幫助動粒追蹤退縮的微管尖端；(2) Poleward flux——微管在極端持續去聚合（- 端），由 Kinesin-13（MCAK 在極端）催化，整根微管向極流動帶動染色體。兩種機制的相對貢獻因物種和細胞類型而異。
有絲分裂中的表觀遺傳記憶
有絲分裂期間轉錄全域沉默（mitotic transcriptional silencing），但某些轉錄因子作為「書籤」（bookmarking factors）留在凝縮的染色體上，確保子細胞在末期能快速恢復正確的基因表現模式。H3K27me3（Polycomb）和某些增強子的開放染色質狀態在有絲分裂中被維持，是表觀遺傳傳承的重要機制。CENP-A 核小體的半保留性分配和 G1 期的補充裝載確保著絲粒身份的世代傳遞。