Quá trình sinh sản vô tính của tế bào nhân sơ, chẳng hạn như vi khuẩn và vi khuẩn cổ, là những ví dụ về sự phân hạch nhị phân trong sinh học tế bào. Quá trình phân hạch nhị phân bao gồm một tế bào sao chép thông tin di truyền của nó, sau đó tách thành hai ô.
Trước khi quá trình phân hạch nhị phân bắt đầu, DNA của tế bào sơ cấp được sao chép thành hai bản sao không có nhân. Hai bản sao của vật liệu di truyền này di chuyển đến các phía đối diện của tế bào. Các bản sao của vật liệu di truyền bám vào thành tế bào. Tế bào phình ra, làm tăng khoảng cách giữa các bộ dữ liệu di truyền được sao chép. Một thành tế bào mới, được gọi là vách ngăn, bắt đầu phát triển xuống giữa tế bào, chia nó thành hai phần bằng nhau.
Sau khi vách ngăn phát triển hoàn toàn, các tế bào con có thể vẫn gắn liền hoặc tách rời hoàn toàn, tùy thuộc vào loại sinh vật. Tốc độ của quá trình phân hạch nhị phân phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, độ axit, sự phong phú hay không có chất dinh dưỡng và loại sinh vật. Vi khuẩn E. coli phân chia 15 phút một lần, trong khi vi khuẩn mycobacteria leprae phân chia hai tuần một lần. Bởi vì mỗi tế bào con mới có thể tự mình trải qua quá trình phân hạch nhị phân, sự phân hạch nhị phân có thể dẫn đến sự phát triển theo cấp số nhân của quần thể nếu tỷ lệ phân chia cao hơn tỷ lệ tử vong.
