Une fois que le pourvoi est enregistré au greffe de la Cour de cassation, le requérant doit déposer son mémoire en demande, sil ne le fait pas dans le délai imparti, son action sera irrecevable. En matière civile, le délai pour déposer le mémoire en demande est de quatre mois, après quoi il sera trop tard. Il devra y faire figurer lénoncer des moyens de droit quil entend faire valoir pour obtenir la cassation de la décision attaquée. Il doit également y développer ses arguments. Le défendeur aura ensuite la possibilité de répondre aux différents arguments en déposant un mémoire en défense. En matière civile, il a deux mois pour le faire à partir du moment où il a pris connaissance du mémoire en demande. A la suite de cela le dossier est dirigé, selon la nature du litige, vers lune des six chambres de la Cour, voire vers une chambre mixte ou lAssemblée Plénière.
Lorsque le pourvoi est jugé irrecevable, il est traité par le biais d'une procédure simplifiée, dite procédure de non admission. Près dun tiers des pourvois suivent cette voie.
En dehors des dossiers irrecevables, les pourvois font toujours lobjet dun examen poussé. Le président de la chambre à laquelle le pourvoi à été adressé commence par désigner un « rapporteur », il sera chargé de mener un examen minutieux du dossier. Il devra établir un rapport, ainsi que des projets darrêts. Son rapport devra contenir un rappel des faits qui ont donné lieu au litige, reprendre le déroulement de la procédure (quelles ont été les juridictions du premier et deuxième degré et les décisions qui ont été prises), les arguments avancés, la question de droit posée, et les références jurisprudentielles et doctrinales qui ont servi à lexamen du dossier. Enfin, il proposera une solution au litige. Le rapporteur peut établir plusieurs propositions darrêts sil estime que plusieurs solutions sont possibles au litige. Ses propositions sont ensuite discutées par la chambre.
Le dossier et le rapport sont également communiqués à lavocat général afin que celui-ci puisse donner son avis. Puis, quelques jours avant laudience, le président et le doyen de la chambre se réunissent pour discuter des différentes affaires qui leur ont été soumises. Après quoi les magistrats se réunissent en formation restreinte (3 magistrats), ou normale (5 à 7 magistrats). Sil souhaite sexprimer, le Ministère publique peut donner son avis. Enfin, laffaire est mise en délibéré, les magistrats peuvent alors donner chacun leur point de vue (le rapporteur, puis le doyen, puis les conseillers et enfin le doyen) et il est procédé au vote, il faut une majorité pour quun arrêt soit adopté. Si à lissue du vote, les magistrats saccordent pour rejeter le pourvoi, leur décision ne peut pas être contestée. A linverse, sil décide de casser larrêt dappel (ils peuvent opter pour une cassation totale ou partielle) les parties seront renvoyées devant une juridiction de même nature que celle dont larrêt a été cassé. Ils peuvent également opérer un renvoi devant la même juridiction mais dans ce cas elle devra être composée différemment. Les juges peuvent aussi choisir de casser larrêt mais sans opérer de renvoi, dans ce cas là ils tranchent directement le litige. En cas de renvoi, la juridiction qui a à connaitre de laffaire na pas lobligation de se conformer à la décision de la Cour de cassation, elle peut même aller à son encontre. Toutefois, si un nouveau pourvoi en cassation est mené et que lAssemblée plénière de la Cour de cassation est réunie et sil est décidé dun nouveau renvoi, les juges du fond appelés à se prononcer auront lobligation de se soumettre à la décision de la lAssemblée plénière.