Durante a fase secreta do útero, a hormona progesterona é produzida pelos ovários. A progesterona (assim como o estrogénio) é secretada pelo corpus luteum (que significa corpo amarelo), que se desenvolve a partir do folículo Graafian. A progesterona segregada pelo corpo lúteo estimula o desenvolvimento das células no endométrio do útero. A progesterona também estimula as glândulas do útero a secretar substâncias que mantêm o endométrio e o impedem de se decompor. Por esta razão, esta fase do ciclo menstrual é chamada fase secretora.
A presença de estrogênio e progesterona no sangue inibe a produção de FSH e LH da hipófise, e os níveis de FSH e LH começam a cair.
Se o óvulo que foi ovulado para a trompa de Falópio for fertilizado por espermatozóides, os implantes zigotos em desenvolvimento no endométrio espessado do útero aproximadamente sete dias após a ovulação. Isto estimula o endométrio a secretar um hormônio gonadotropico coriônico humano (HCG). O HCG mantém o corpo lúteo no ovário, para que este continue a secretar progesterona. O HCG é secretado durante a gravidez e mantém os níveis de progesterona no sangue elevados, de modo a que o endométrio continue a espessar, eventualmente formando a placenta. Sem um nível elevado de progesterona, o endométrio começa a decompor-se. Numa gravidez, a quebra do endométrio resultaria num aborto espontâneo.
O ciclo menstrual. Ilustração de Hans & Cassidy. Cortesia do Grupo Gale.
Se a fertilização não ocorrer, o corpo lúteo encolhe e os níveis de progesterona sanguínea diminuem, por volta do 22º dia num ciclo de 28 dias. Sem progesterona, o endométrio degenera e é expelido através do colo do útero e para fora através da vagina.