睪丸的內部結構，其外面被一層堅韌的組織包裹，稱為白膜，具有保護睪丸的作用。白膜增厚并向里面延伸，將睪丸分隔成許多小室，這些小隔叫做睪丸縱隔，小室叫做睪丸小葉。正常男子一般有２００～３００個小葉，小葉里面充滿了睪丸實質，是產生精子的地方，稱為曲細精管。若將睪丸實質切取一小塊置于顯微鏡下觀察，可以看見曲細精管是一條條的細管子。
成年人，每條曲細精管的直徑為１５０～２５０微米，每條的長度為３０～７０厘米，最長的可達１５０厘米。一個睪丸里約有３００～１０００條曲細精管，其總長度為２００～３００米，顯而易見，睪丸產生精子的基地是相當大的。每個睪丸小葉里的曲細精管合并為２～３條直的曲細精管，組成睪丸網，由此再合并成１５～２０條睪丸輸出小管與附睪相通，精子由此通道進入附睪發育成熟。曲細精管是產生精子的基地。這么細小的管子居然有這種神奇的能力，為什么？真是難解其疑。這里面有著相當復雜的細胞生物學和生物化學等微妙變化。至今，科學家仍在苦心地探求其緣。盡管如此，目前已經認識到了精子產生的基本過程。
曲細精管也稱生精小管，其內襯為生精上皮，它的外層為基底膜，里面由兩種結構和功能不同的細胞組成。一種是處于各種不同發育階段的生精細胞，由它逐步發育成為精子。另一種是支持細胞；由于生精細胞附著于它的上面，它起到了支持、保護生精細胞的作用，并且它還吸取體內供應到此處的營養物質（包括氧氣），供給生精細胞，使之發育成精子，故此得名為支持細胞。 位于曲細精管之間的組織呈疏松狀，稱為間質，里面有豐富的血管、淋巴管。間質是將人體內的營養物質供應到曲細精管處的必經之地。除此之外，里面還有一種具有分泌雄性激素功能的細胞，叫做間質細胞。這種細胞雖小，可是功能驚人，它所分泌的雄激素分布到全身，維持男性性征和男性性功能，同時有促使生精細胞發育成精子和促使人體的合成代謝的重要作用。
精子由睪丸產生后，在附睪內發育、成熟，并儲存于附睪和輸精管的近附睪段內。精子在睪丸里產生一般需７４天，在附睪內成熟的時間為１６天，總計約需要３個月的時間。精子在生殖道內存活的時間一般為２８天，貯存過久則衰老失去活力。男子大約在１４歲時睪丸就開始產生精子，１６～１７歲達到性成熟時，就會出現遺精現象；４０歲以后，生精能力逐漸減弱。