O processo de formação dos gametas é uma etapa muito importante para que ocorra a fecundação. Quando referente ao sexo masculino, o gameta é o espermatozoide, que é produzido nos testículos, desde a puberdade até a morte do indivíduo. Esse processo chama-se espermatogênese.

Ainda no período embrionário, as células germinativas primordiais de ambos os sexos surgem na parede da vesícula vitelínica e migram para a gônada indiferenciada. O aparelho reprodutor, que ainda não está formado completamente, já é diferenciado e será constituído pelos cordões seminíferos, gonócitos e células de Sertoli. Estas células são responsáveis, entre outras funções, pela produção e secreção do hormônio antimülleriano (AMH), que comanda a regressão dos ductos de Müller, geradores do aparelho reprodutor feminino, e induz o desenvolvimento de estruturas do aparelho reprodutor masculino derivadas dos ductos de Wolff.

Outro tipo celular muito importante para o sistema reprodutor masculino são as células de Leydig, responsáveis pela secreção de testosterona, que é um hormônio indutor da formação do sistema reprodutor masculino e também da espermatogênese. Isso porque, após o nascimento, as células de Leydig, que foram muito importantes na vida embrionária, degeneram. Com isso, na vida pré-púbere, a glândula adrenal produz uma pequena quantidade de andrógenos, que irão estimular as células germinativas primordiais a darem origem às espermatogônias. Já na puberdade, a glândula hipófise será responsável pela secreção do hormônio luteinizante, que estimula a diferenciação de células-tronco mesenquimais em células de Leydig.

Na espermatogênese, assim como na oogênese, ocorrem divisões mitóticas e meióticas. A partir de espermatogônias do tipo A, são geradas, por mitose, espermatogônias do tipo B, que ficam localizadas na base do túbulo seminífero. Essas espermatogônias do tipo B geram o espermatócito primário, que, na primeira divisão meiótica, será responsável por originar dois espermatócitos secundários. Já na segunda divisão meiótica, cada espermatócito secundário dará origem a duas espermátides e, em uma nova fase, chamada espermiogênese, cada uma das quatro espermátides formará um espermatozoide funcional e pronto para a fecundação. O processo de espermiogênese é responsável pela mudança de forma da espermátide e também pela formação do acrossomo, cauda e peça intermediária no espermatozoide. Além disso, nessa fase da espermatogênese, há a condensação do núcleo e a perda de grande parte do citoplasma e dos corpos residuais, que são fagocitados pelas células de Sertoli.

Após a finalização do processo, os espermatozoides adentram o lúmen do túbulo seminífero e são empurrados, devido à contração desses túbulos, em direção ao epidídimo, local em que serão armazenados. Em humanos do sexo masculino, todo o processo de espermatogênese dura cerca de 64 a 74 dias e são produzidos, diariamente em um indivíduo jovem e sadio, mais de 250 milhões de espermatozoides.