Fase S (disingkat dari fase "sintesis") adalah tahap pada siklus sel, yang berlangsung antara fase G1 dan fase G2. Setelah melewati fase G1, sel memasuki tahap S, saat sintesis DNA (replikasi) berlangsung. Pada awal fase S, setiap kromosom terdiri dari satu molekul DNA heliks ganda, yang disebut kromatid. Pada akhir fase S, kromosom memiliki dua molekul DNA heliks ganda yang identik dan disebut dua kromatid sister. Sentrosom juga ikut digandakan pada fase S. Kedua proses tersebut tidak berkaitan, walaupun membutuhkan banyak faktor yang sama. Hasil akhir dari proses di fase S adalah penggandaan materi genetik dalam sel, yang pada akhirnya dibagi dua.

Kerusakan DNA banyak terjadi pada saat ini. Untuk mengatasi hal tersebut, proses perbaikan DNA dilakukan pada akhir proses replikasi. Proses perbaikan DNA yang tidak sempurna dapat menghentikan siklus sel.

Lihat pula sunting