性成熟男性下丘脑生成促性腺激素释放激素（GnRH），以每60至120分钟一次的脉冲式释放。靶器官垂体前叶对GnRH的脉冲式释放产生相应的反应，表现为相应的脉冲式释放黄体生成素（LH）和卵泡刺激素（FSH），对后者刺激的程度较低。如果GnRH分泌脉冲的振幅、频率和昼夜变化不正常，可导致性腺机能减退（特发性促性腺激素功能减退）。GnRH激动剂持续（非脉冲式）刺激（如用于晚期前列腺癌治疗）反而会抑制垂体释放LH和FSH，导致低促性腺素性性腺功能减退。
睾丸Leydig细胞对LH的反应表现为每天生成5～10mg睾酮。睾酮的水平在清晨最高，傍晚最低；然而，在老年男性中，这种昼夜节律可能会减弱。
睾酮的合成是通过胆固醇合成一些中间产物而来，如脱氢表雄酮（DHEA）和雄烯二酮。循环睾酮主要和蛋白结合，约40%与性激素结合蛋白（SHBG）紧密结合，58%与白蛋白结合。剩余2%的循环睾酮以游离睾酮的形式存在。游离睾酮和与白蛋白松散结合的睾酮统称为生物可利用睾酮，因为这些形式可以被身体利用。总睾酮的这种生物活性成分负责维持男性特征 、性欲、骨骼密度和肌肉质量。
靶组织中，约4%～8%的睾酮通过5alpha还原酶转化为更强的代谢产物，即双氢睾酮（DHT）。DHT对前列腺有重要的营养作用，并且介导雄激素性脱发。成年男性的生精作用需要睾丸内有充足的睾酮，但是DHT对生精的作用尚不明确。
睾酮 和DHT有代谢和其它作用，包括
刺激蛋白合成代谢（增加肌肉质量和骨密度）
刺激肾 促红细胞生成素 产生（增加红细胞数量）
刺激骨髓干细胞（调节免疫系统）
对皮肤的影响（即皮脂分泌，头发生长）
产生神经影响（例如，影响认知、增强性欲，并可能增加攻击性）
睾酮通过芳香酶的作用转化为雌二醇；雌二醇介导多数睾酮对靶器官的作用如骨骼和大脑。在男性中，芳香化酶在脂肪组织中最为活跃；因此，肥胖患者可能具有较高的雌二醇水平。
睾酮、DHT和雌二醇负反馈调节下丘脑-垂体轴。在男性，雌二醇主要抑制LH的生成，而雌二醇和抑制素B（由睾丸Sertoli细胞产生的多肽）抑制FSH的生成。睾酮存在的情况下，FSH能刺激Sertoli细胞诱导精子发生。精子发生是由每个生殖细胞（精原细胞），与Sertoli细胞比邻，分化为16个初级精母细胞，每个初级精母细胞产生4个精子细胞。每个精子细胞成熟后变成一个精子。精子发生一般为72～74天，每天新生成约1亿个精子。精子成熟后释放到睾丸网，再迁移到附睾，最终进入输精管。迁移另外需要14天。射精时，精子与精囊、前列腺和尿道球腺产生的分泌物混合。