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Wesentlich häufiger als eineiige Zwillinge sind aber Zwillinge, die aus zwei einzeln befruchteten Eizellen entstehen. Das geschieht, wenn die Frau in einem Zyklus mehr als eine Eizelle ausbildet. Es können Stunden und sogar Tage zwischen den einzelnen Befruchtungen liegen. Zweieiige Zwillinge sind genetisch voneinander so verschieden wie normale Geschwister. Sie verfügen jeweils über eine eigene Fruchthöhle und Plazenta. Im Verlauf der Schwangerschaft können die Plazenten allerdings zusammenwachsen, was sie wie eine erscheinen lässt. Dennoch versorgt jede nur ihr jeweiliges Zwillingskind.
Sehr selten gibt es auch folgenden Fall: Die Zwillinge sind zwar zweieiig, stammen aber von einem einzelnen Ei ab. Das kann dann geschehen, wenn das Ei über zwei Zellkerne verfügt, die von zwei Spermien befruchtet werden. Die Erbanlagen der Mutter sind dann bei beiden Zwillingen dieselben, die des Vaters unterscheiden sich dagegen.
Der Nachweis, ob es sich bei einer Zwillingsschwangerschaft um ein- oder zweieiige Zwillinge handelt, erfolgt am besten im ersten Trimenon per Ultraschall. Liegt nur ein einzelnes Chorion vor, handelt es sich sicher um eineiige Zwillinge. Nach dem ersten Trimenon wird es immer schwieriger, diesen Nachweis zu erbringen, da Chorion und Amnion ab etwa der 16. Schwangerschaftswoche zu eng zusammenliegen, um sie im Ultraschall sichtbar machen zu können.