La fase S es donde las células (aquellas que se replican) sintetizan proteínas, nucleótidos y otras moléculas necesarias para la fase M (mitótica). En la fase M, las células usan ADN copiado, diversas enzimas y proteínas reguladoras para dirigir la mitosis.
Las células en fase S también sintetizan cualquier cosa que haga la célula; por ejemplo, inmunoglobulinas en células plasmáticas, neurotransmisores en neuronas (que no se replican más), insulina en células beta pancreáticas y así sucesivamente.