Unter der Spermatogenese (griech. sperma = Keim, genesis = Ursprung, Entstehung) versteht man den Vorgang der Bildung von männlichen Keimzellen (Spermium) in den Hodenkanälchen. Die Spermatogenese wird in drei Stufen unterteilt: Die Spermatocytogenese, die Spermatidogenese und die Spermiogenese. Bis ein funktionsfähiges Spermium entsteht, vergehen ungefähr zwei bis drei Monate. Die menschlichen Hoden produzieren bis zu 300 Millionen Spermien täglich, wovon ungefähr ein Drittel befruchtungsfähig ist. Auf die Sekunde gerechnet, produziert ein Mann demnach zwischen 2000 und 3000 Spermien.

In der Pubertät verdoppeln sich während der ersten meiotischen Phase zunächst die primären Spermatozyten. Aus einem primären Spermatozyt werden demnach zwei sekundäre Spermatozyten. Daran schließt sich die zweite meiotische Phase an, innerhalb der aus den zwei Spermatozyten insgesamt vier Spermatide hervorgehen. Spermatide sind noch keine fertigen Spermien, denn es fehlt ihnen u.a. noch an einer Geißel (Flagellum), mit der sie sich fortbewegen können. Die Spermiogenese schließt den Vorgang der Spermatogenese ab: Aus einem anfänglichen Spermatozyt sind dann insgesamt vier Spermien entstanden. Davon besitzen je zwei Spermien ein X-Chromosom und zwei Spermien ein Y-Chromosom. Welches Geschlecht das spätere Kind hat, hängt somit vom Spermium ab, denn Eizellen enthalten immer ein X-Chromosom. Gelangt ein Spermium mit Y-Chromosom zur Befruchtung, entwickelt sich ein männlicher Embryo (XY). Bei der Befruchtung der Eizelle durch ein Spermium mit X-Chromosom entwickelt sich ein weiblicher Embryo (XX).