Under livmoderens sekretoriske fase produceres hormonet progesteron af æggestokkene. Progesteron (såvel som østrogen) udskilles af corpus luteum, (som betyder gult legeme), som udvikles fra den graafiske follikel. Progesteron, der udskilles af corpus luteum, stimulerer den videre opbygning af cellerne i livmoderens endometrium. Progesteron stimulerer også kirtlerne i livmoderen til at udskille stoffer, der vedligeholder endometriet og forhindrer det i at nedbrydes. Af denne grund kaldes denne fase af menstruationscyklussen for den sekretoriske fase.
Anstedeværelsen af østrogen og progesteron i blodet hæmmer produktionen af FSH og LH fra hypofysen, og niveauerne af FSH og LH begynder at falde.
Hvis det æg, der er blevet ovuleret i æggelederen, bliver befrugtet af sædceller, implanterer den udviklede zygote sig i livmoderens fortykkede endometrium ca. syv dage efter ægløsningen. Dette stimulerer endometriet til at udskille et humant chorionisk gonadotropisk hormon (HCG). HCG vedligeholder corpus luteum i æggestokkene, så det fortsætter med at udskille progesteron. HCG udskilles under hele graviditeten og holder progesteronniveauet i blodet højt, så endometriet fortsætter med at blive tykkere og til sidst danner moderkagen. Uden et højt niveau af progesteron begynder endometriet at nedbrydes. I en graviditet vil nedbrydningen af endometriet resultere i en abort.
Menstruationscyklus. Illustration af Hans & Cassidy. Med tilladelse fra Gale Group.
Hvis befrugtning ikke finder sted, skrumper corpus luteum, og progesteronniveauet i blodet falder omkring dag 22 i en cyklus på 28 dage. Uden progesteron degenererer livmoderslimhinden, og den udstødes gennem livmoderhalsen og ud gennem skeden.