Późna profaza, lub prometafaza, rozpoczyna się od przerwania otoczki jądrowej, która rozpada się na małe pęcherzyki błonowe, które przypominają retikulum endoplazmatyczne i zwykle pozostają widoczne wokół wrzeciona mitotycznego. W tym okresie chromosomy nadal ulegają kondensacji i stopniowo skracają się i zagęszczają, aż do całkowitego uformowania jednostek, które będą podlegać mitozie. Jąderko, które może być nadal obecne w niektórych komórkach, również całkowicie zanika w prometafazie.

Przedstawiony na powyższym obrazie cyfrowej mikroskopii fluorescencyjnej jest pojedynczą komórką nerki szczura kangura (PtK2) we wczesnych stadiach prometafazy. Chromatyna jest wybarwiona niebieską sondą fluorescencyjną (DAPI), podczas gdy sieć mikrotubul (wrzeciono mitotyczne) jest wybarwiona na zielono (Alexa Fluor 488), a mitochondria komórkowe są wybarwione czerwonym barwnikiem (MitoTracker Red CMXRos). Podczas prometafazy mikrotubule wrzeciona mitotycznego mogą teraz swobodnie przedostać się do obszaru jądra, a na każdym centromerze rozpoczyna się tworzenie wyspecjalizowanych kompleksów białkowych zwanych kinetochorami. Kompleksy te przyłączają się do podzbioru mikrotubul wrzeciona, które są nazywane mikrotubulami kinetochorowymi. Inne mikrotubule we wrzecionie (nieprzymocowane do centromerów) nazywane są mikrotubulami polarnymi i pomagają one w tworzeniu i utrzymaniu struktury wrzeciona wraz z mikrotubulami astralnymi, które pozostają poza wrzecionem.

Granica między profazą a prometafazą jest określana przez szybki początek fosforylacji w całej laminie jądrowej, wywołany aktywacją enzymu określanego jako kinaza białkowa indukująca mitozę (w skrócie MPF). W wyniku tego kompleks błony jądrowej ulega dezintegracji do pęcherzyków, odsłaniając skondensowane chromosomy dla rozszerzającej się sieci mikrotubularnej wrzeciona mitotycznego. W mikroskopie optycznym, pęcherzyki błony jądrowej, które są praktycznie nie do odróżnienia od podobnych zdezagregowanych części retikulum endoplazmatycznego, mogą być uwidocznione w regionie wokół rosnącego wrzeciona.

Jak mikrotubule kinetochorowe przyczepiają się do swoich receptorów na kinetochorach chromatyd, chromosomy są wprowadzane w ruch drgający i szybko poruszają się tam i z powrotem, ponieważ wrzeciono wywiera na nie napięcie. Równocześnie mikrotubule biegunowe wychodzące z centrosomów oddziałują ze sobą, tworząc sieć połączeń między chromosomami i dalej tworząc strukturę wrzeciona mitotycznego. Kinetochory są montowane na centromerach każdej chromatydy, co daje dwa kinetochory na chromosom. Ostatecznie, w anafazie, mikrotubule kinetochorowe pociągną siostrzane chromatydy w kierunku przeciwległych biegunów wrzeciona mitotycznego, aby zapewnić, że każda komórka potomna otrzyma kompletny genetyczny zestaw chromosomów.

Złożoność relacji między kinetochorami a wrzecionem mitotycznym odzwierciedla wymóg dokładnego rozprowadzenia materiału genetycznego między dzielącymi się komórkami. Najczęstszym błędem w mitozie jest brak rozdzielenia chromatyd siostrzanych, w wyniku czego jedna z dwóch komórek potomnych otrzymuje obie kopie chromosomów. Błąd ten, występujący w przybliżeniu raz na 100 000 podziałów komórkowych, może mieć miejsce, gdy chromatydy nie przyczepią się do właściwego bieguna wrzeciona lub gdy para chromatyd przyczepi się tylko do jednego bieguna. W niektórych przypadkach, dwie siostrzane chromatydy, choć prawidłowo zmontowane w aparacie wrzeciona mitotycznego, po prostu nie rozdzielają się w anafazie.