睾丸的内部结构，其外面被一层坚韧的组织包裹，称为白膜，具有保护睾丸的作用。白膜增厚并向里面延伸，将睾丸分隔成许多小室，这些小隔叫做睾丸纵隔，小室叫做睾丸小叶。正常男子一般有２００～３００个小叶，小叶里面充满了睾丸实质，是产生精子的地方，称为曲细精管。若将睾丸实质切取一小块置于显微镜下观察，可以看见曲细精管是一条条的细管子。
成年人，每条曲细精管的直径为１５０～２５０微米，每条的长度为３０～７０厘米，最长的可达１５０厘米。一个睾丸里约有３００～１０００条曲细精管，其总长度为２００～３００米，显而易见，睾丸产生精子的基地是相当大的。每个睾丸小叶里的曲细精管合并为２～３条直的曲细精管，组成睾丸网，由此再合并成１５～２０条睾丸输出小管与附睾相通，精子由此通道进入附睾发育成熟。曲细精管是产生精子的基地。这么细小的管子居然有这种神奇的能力，为什么？真是难解其疑。这里面有着相当复杂的细胞生物学和生物化学等微妙变化。至今，科学家仍在苦心地探求其缘。尽管如此，目前已经认识到了精子产生的基本过程。
曲细精管也称生精小管，其内衬为生精上皮，它的外层为基底膜，里面由两种结构和功能不同的细胞组成。一种是处于各种不同发育阶段的生精细胞，由它逐步发育成为精子。另一种是支持细胞；由于生精细胞附着于它的上面，它起到了支持、保护生精细胞的作用，并且它还吸取体内供应到此处的营养物质（包括氧气），供给生精细胞，使之发育成精子，故此得名为支持细胞。 位于曲细精管之间的组织呈疏松状，称为间质，里面有丰富的血管、淋巴管。间质是将人体内的营养物质供应到曲细精管处的必经之地。除此之外，里面还有一种具有分泌雄性激素功能的细胞，叫做间质细胞。这种细胞虽小，可是功能惊人，它所分泌的雄激素分布到全身，维持男性性征和男性性功能，同时有促使生精细胞发育成精子和促使人体的合成代谢的重要作用。
精子由睾丸产生后，在附睾内发育、成熟，并储存于附睾和输精管的近附睾段内。精子在睾丸里产生一般需７４天，在附睾内成熟的时间为１６天，总计约需要３个月的时间。精子在生殖道内存活的时间一般为２８天，贮存过久则衰老失去活力。男子大约在１４岁时睾丸就开始产生精子，１６～１７岁达到性成熟时，就会出现遗精现象；４０岁以后，生精能力逐渐减弱。