Quando il follicolo è maturato, secerne abbastanza estradiolo da portare al rilascio dell'ormone luteinizzante (LH). In un ciclo medio questo rilascio di LH avviene intorno al dodicesimo giorno e può durare 48 ore. Il rilascio di LH fa maturare l'ovulo e indebolisce la parete del follicolo ovarico. Questo processo porta all'ovulazione: il rilascio dell'ovulo maturo, la cellula più grande del corpo (con un diametro di circa 0,5 mm). Quale delle due ovaie (sinistra o destra) avviene in modo alternato. Le tube di Falloppio devono catturare l'ovulo e fornire il posto per la fecondazione. Un caratteristico muco chiaro e filante viene secreto dalla cervice, pronta ad accettare lo sperma. In alcune donne, l'ovulazione porta un caratteristico dolore chiamato "Mittelschmerz" (termine tedesco che significa 'dolore centrale') che dura per qualche ora. Il repentino cambiamento ormonale nel momento dell'ovulazione può causare in alcune donne un leggero sanguinamento. Molte donne percepiscono la variazione nel muco cervicale, specialmente se stanno monitorando i propri segni di fertilità. Un ovulo non fertilizzato sarà alla fine disintegrato o dissolto nell'utero. È stato dimostrato che le donne durante l'ovulazione hanno il senso dell'olfatto più sensibile, mentre durante la fase mestruale esso si presenta diminuito.