L'appariement des chromosomes permet ensuite le phénomène de recombinaison génétique, également connu sous le nom de crossing-over, qui se déroule pendant la phase pachytène. Ce processus est essentiel pour la diversité génétique, car il favorise l'échange de segments d'ADN entre chromosomes homologues, générant de nouvelles combinaisons alléliques. 

Après la synapsis et la recombinaison, les homologues commencent à se séparer légèrement tout en restant liés au niveau des points de crossing-over, appelés chiasmas. Ces interactions assurent une distribution correcte des chromosomes homologues lors de la division méiotique, empêchant ainsi des erreurs comme la non-disjonction.