Spermatogeneza je proces stvaranja spermatozoida ili razvoja nezrelih zametnih stanica poznatih kao spermatogonije u zrele spermatozoide koje se nazivaju spermatozoidi. Stanica spermija je muška reproduktivna stanica koja oplodi žensko jajašce u spolnom razmnožavanju. Sposobnost mužjaka da se razmnožava ovisi o visokoj kvaliteti i količini sperme; stoga se spermatogeneza događa kontinuirano od vremena puberteta do smrti. Faze uključene u ovaj proces su spermatocitogeneza, spermatidogeneza i spermiogeneza.
Spermatogeneza počinje u sjemenim tubulima, koji, ovisno o vrsti, izgledaju kao mali, ravni ili uvijeni rezanci u testisima. Unutarnje strane sjemenih tubula obložene su Sertolijevim stanicama i spermatogonijama. Sertolijeve stanice se često nazivaju stanicama “medicinske sestre” jer pomažu u razvoju sperme jedući otpadne materijale spermatogeneze i usmjeravaju stanice kroz kanale tubula.
Tijekom spermatocitogeneze, spermatogonija se mitozom dijeli i formira dvije diploidne stanice koje se nazivaju primarni spermatociti. Mitoza je vrsta stanične diobe u kojoj roditeljska stanica raste, a zatim se dijeli na pola i formira dvije identične stanice kćeri. Primarni spermatociti, koji imaju dvostruko veću količinu genetskog materijala od normalne stanice, tada moraju proći mejozu I.
U ovoj vrsti podjele, roditeljska se stanica cijepa u dvije diploidne stanice kćeri, koje imaju polovicu kromosoma, odnosno genetskog materijala, kao roditeljska stanica. Rezultirajući sekundarni spermatociti, koji imaju normalnu količinu kromosoma, tada moraju proći kroz mejozu II kako bi formirali spermatide. Ovaj kratki dio spermatogeneze naziva se spermatidogeneza.
Spermatide imaju samo polovicu ukupne količine kromosoma. To je zato što kada se spermij spoji s jajašcem, koje također sadrži samo polovicu količine potrebnih kromosoma, tvore puni skup kromosoma napravljenih od muških i ženskih gena. Nasumično prepolovljenje i uparivanje kromosoma povećava genetsku varijabilnost, važnu komponentu u evoluciji.
Tijekom spermiogeneze, završne faze spermatogeneze, spermija raste u rep i dostiže puno sazrijevanje. U prvoj fazi ovog procesa, Golgijevoj fazi, genetski materijal spermatida postaje čvrsto nabijen zajedno kako bi formirao jezgru i spermatid prolazi kroz strukturnu promjenu. Dok je prije bio kružni, središnji dio počinje izbočiti i stanica se proteže na jednom kraju i tvori Golgijev aparat, koji stvara kemikalije zvane enzimi. Zatim, Golgijev aparat obavija jezgru kako bi tijekom faze kapice formirao akrosomalnu kapicu. Enzimi koje oslobađa akrosomalna kapica razgrađuju stijenku ženskog jajašca tijekom oplodnje, dopuštajući jezgri spermija da uđe u jaje i spoji se s jezgrom jajeta.
U sljedećoj akrosomalnoj fazi, spermija raste rep koji joj pomaže da se kreće. Stanica spermija se sama rotira u stijenci sjemenih tubula tako da je njen rep okrenut prema lumenu ili unutarnjem prostoru cijevi. Uz pomoć hormona zvanog testosteron, Sertolijeve stanice troše višak staničnih materijala u fazi sazrijevanja. U drugom procesu poznatom kao spermija, zrele stanice sperme oslobađaju se u lumen i potiskuju u epididimis, malu zavojnu cijev koja se nalazi između stražnjeg dijela testisa i sjemenovoda. Ovdje spermij postaje pokretljiv ili sposoban da se kreće samostalno i spreman za ejakulaciju u ženku tijekom seksa.