Jest ostatnim, poowulacyjnym etapem cyklu miesiączkowego. Występuje między 15 a 28 dniem, a jej trwaniu towarzyszy najwięcej zmian zachodzących w jajnikach i błonie śluzowej macicy.
Podczas fazy lutealnej w jajniku znajduje się ciałko żółte, które powstaje z resztek pęcherzyka Graafa po owulacji – pod wpływem hormonu folikulotropowego i hormonu luteinizującego. Jest ono odpowiedzialne za produkcję progesteronu – żeńskiego hormonu płciowego. To niezbędny element do pogrubienia endometrium macicy, sprzyjającemu implantacji oraz wzrostu zarodka i utrzymania ciąży. Dodatkowo powoduje podniesienie temperatury ciała od 36,9 do 37,1 stopni Celsjusza, co pomaga w ustaleniu aktualnej fazy cyklu miesiączkowego. Innym objawem tego etapu jest zanik płodnego śluzu oraz powiększenie i bolesność piersi.
Wysoki poziom progesteronu powoduje ograniczenie płodności kobiet. W cyklu, w którym doszło do zapłodnienia ciałko żółte nie zanika i w dalszym ciągu produkuje progesteron. W przypadku, gdy w fazie przedmiesiączkowej nie doszło do zapłodnienia komórki jajowej dochodzi do obniżenia poziomu hormonu luteinizującego i zanikania ciałka żółtego, a w efekcie spadku poziomu progesteronu. Wówczas rozpoczyna się złuszczanie niepotrzebnej już błony śluzowej macicy i dochodzi do krwawienia miesiączkowego.
