精子是睪丸曲細精管生精細胞，經過一個連續的分化過程形成的。主要過程是在睪丸曲細精管內進行，大致分為三個階段：

1、精原細胞增殖分裂期 精子的最原始階段稱精原細胞，是產生精子的干細胞，位于曲細精管的生精上皮。最初，精原細胞以有絲分裂的形式增殖，1個分裂為2個，2個變成4個。經過6次分裂后，1個精原細胞增殖為64個，此時稱為初級精母細胞。

2、精母細胞減數分裂為精子細胞 初級精母細胞繼續分裂。不過這次是減數分裂，也就是一個初級精母細胞分裂為兩個次級精母細胞，但是與精原細胞的增殖分裂不同，因為細胞核內染色體未發生復制。所以每個次級精母細胞只攜帶原來染色體數目的一半，即23條染色體，其中包括一條性染色體。細胞體積也較初級精母細胞為小。緊接著這個過程，次級精母細胞又進行了一次成熟分裂，成為兩個精細胞。結果，1個初級精母細胞分裂為4個精細胞，每個精細胞攜帶單倍數目的染色體。此時，一個精原細胞就變成了256個精細胞。

3、精子形成階段 在上述細胞分裂的同時，精子細胞已逐漸移動接近曲細精管管腔。這時精子細胞仍在繼續發育，只是不再進行分裂，但在形態上發生了復雜的變化而成為有頭、有尾的精子，并進入管腔內。這時精子在睪丸內的發育過程就完成了，大約歷時64天。在精子的形成過程當中，位于曲細精管上皮的支持細胞起了重要的支持、保護和營養的作用。支持細胞還分泌一種與雄激素特異結合的球蛋白，因而使曲細精管內雄激素濃度大大高于血中濃度，生精細胞在這種適宜的微環境中才得以分化成精子。

精子隨后沿曲細精管進入附睪，在附睪頭停留大約2～3周，才能發育為最終具有運動和受精能力的成熟精子。所以從一個精原細胞發育成為成熟的精子約需90天的時間。