W fazie folikularnej źródłem progesteronu są nadnercza, a stężenie progesteronu we krwi osiąga wartości poniżej 0,5 ng/ml. Obecność progesteronu w mierzalnych ilościach w krążeniu i jednocześnie brak wpływu na endometrium wskazują, że aby wystąpiły zmiany lutealne stężenie musi przekroczyć próg wrażliwości, powyżej którego zachodzi luteinizacja. Progesteron dopiero w stężeniach powyżej 1 ng/ml wywołuje zmiany lutealne w błonie śluzowej endometrium.
W fazie lutealnej głównym źródłem progesteronu jest ciałko żółte – okresowo pojawiający się gruczoł wydzielania wewnętrznego, powstający po pęknięciu pęcherzyka Graffa. Progesteron wydzielany przez ciałko żółte przygotowuje błonę śluzową macicy do zagnieżdżenia blastocysty oraz warunkuje rozwój wczesnej ciąży. W późniejszym okresie ciąży progesteron produkuje trofoblast. W fazie lutealnej wydzielanie progesteronu reguluje LH. Jeżeli nie dochodzi do ciąży ciałko żółte degeneruje i występuje miesiączka, a w cyklu koncepcyjnym (komórka jajowa została zapłodniona) role LH przejmuje hCG. W fazie lutealnej ciałko żółte produkuje do 50 mg progesteronu na dobę oraz znaczące ilości estradiolu i androgenów oraz niektórych hormonów białkowych.