这一期完成DNA 合成, 以及合成与DNA 有关的组蛋白, 非组蛋白也有合成。S 期终了, 每一染色体复制成两条染色单体。DNA 复制的时间顺序是有区别的。根据标记的DNA 前身物在培养的细胞株和癌细胞S 期DNA 合成时的掺入表明，开始时逐渐增多，到中期达到最大值，末期则逐渐减少，形成一个连续的对称型的峰，又有实验证实，培养的哺乳动物细胞多倍体和异倍体S 期的DNA 合成是不连续的, 形成几个峰, 如图189 下图显示的, S 期不同阶段复制的DNA 碱基组成是不同的。初期阶段GC 含量多, 过渡到后期阶段变为A T 含量多, 这是哺乳动物细胞的一个普遍现象。不同阶段上的碱基组成变化, 说明DNA 复制具有高度的顺序性, 它的意义尚不清楚。用3 H - T dR 标记蚕豆根尖细胞DNA，研究新合成DNA 在子细胞核中的分布, 看到复制的新染色体都是均一带有放射性标记, 而再经复制产生的两条染色体, 其中只看到一条有放射性标记, 这似乎表明DNA 复制是以整个长度为单位进行的。

一个人细胞内的DNA 含量为10^-11克, 如接成一根DNA 分子链可长达3m, 包藏在一个直径10～20μm 的细胞核中, 如何能在短短的几小时中完成DNA 复制呢? 主要是DNA 链分成若干复制单位, 此起彼伏, 每秒钟大约有250 000 个A - T、G - C 碱基配对。S 期的长短可依不同的发育时期而有所不同, 与复制单位开放的多少有关。DNA 复制的顺序总是一定的,X - 染色体的长臂总是在S 期之末才复制; 编码rRNA 的基因总是在S 期的前半期复制; 前已提及, 早期复制的DNA 多为G - C 碱基，晚期则多为A - T 碱基，即常染色质比异染色质复制为早。S 期的活动是和S 期细胞中产生的一种蛋白质性的DNA 合成诱导者( inducer )有关。

细胞在某种特殊情况下, 也可以有S 期以外的DNA 合成, 称为S 期外的DNA 合成。

这一时期也活跃地合成RNA 聚合酶。这个时期不只是DNA 的复制, 还在于染色体的精确复制。各种动物细胞S 期的长短不同, 这是由于遗传性所决定的。