Spermatogenezė yra spermatozoidų gamybos procesas arba nesubrendusių lytinių ląstelių, žinomų kaip spermatogonija, vystymasis į subrendusias spermos ląsteles, vadinamas spermatozoidais. Spermos ląstelė yra vyriškos lyties reprodukcinė ląstelė, kuri apvaisina moters kiaušialąstę lytinio dauginimosi metu. Patino gebėjimas daugintis priklauso nuo aukštos spermos kokybės ir kiekio; todėl spermatogenezė vyksta nuolat nuo brendimo iki mirties. Šio proceso etapai yra spermatocitogenezė, spermatidogenezė ir spermiogenezė.
Spermatogenezė prasideda sėkliniuose kanalėliuose, kurie, priklausomai nuo jų tipo, atrodo kaip maži, tiesūs arba susukti makaronai sėklidėse. Sėklinių kanalėlių vidus išklotas Sertoli ląstelėmis ir spermatogonijomis. Sertoli ląstelės dažnai vadinamos “slaugytojo” ląstelėmis, nes jos padeda vystytis spermai, valgydamos spermatogenezės atliekas ir nukreipdamos ląsteles per kanalėlių kanalus.
Spermatocitogenezės metu spermatogonija dalijasi per mitozę, kad susidarytų dvi diploidinės ląstelės, vadinamos pirminiais spermatocitais. Mitozė yra ląstelių dalijimosi tipas, kai auga pirminė ląstelė, o po to skyla per pusę, sudarydama dvi identiškas dukterines ląsteles. Pirminiai spermatocitai, turintys dvigubai daugiau genetinės medžiagos nei normali ląstelė, turi patirti I mejozę.
Šio tipo dalijimosi metu pirminė ląstelė suskaidoma ir susidaro dvi diploidinės dukterinės ląstelės, kurių pagrindinė ląstelė yra pusė chromosomų arba genetinė medžiaga. Susidarę antriniai spermatocitai, turintys normalų chromosomų kiekį, turi pereiti per II mejozę, kad susidarytų spermatidai. Ši trumpa spermatogenezės dalis vadinama spermatidogeneze.
Spermatidai turi tik pusę viso chromosomų kiekio. Taip yra todėl, kad kai spermatozoidai prisijungia prie kiaušialąstės, kurioje taip pat yra tik pusė reikalingų chromosomų kiekio, jie sudaro visą chromosomų rinkinį, sudarytą iš vyriškų ir moteriškų genų. Atsitiktinis chromosomų padidėjimas per pusę ir poravimas padidina genetinį kintamumą, svarbų evoliucijos komponentą.
Spermiogenezės, paskutinės spermatogenezės fazės, metu spermatozoidų ląstelė užauga uodegą ir pasiekia visišką brandą. Pirmajame šio proceso etape, Golgi fazėje, spermatidų genetinė medžiaga glaudžiai susilieja, kad susidarytų branduolys, o spermatidėje vyksta struktūriniai pokyčiai. Nors anksčiau ji buvo apskrita, jos vidurinė dalis pradeda išsipūsti, o viename gale ląstelė išsiplečia ir susidaro Golgi aparatas, kuris sukuria chemines medžiagas, vadinamas fermentais. Tada Golgi aparatas apgaubia branduolį, kad gaubtelio fazės metu susidarytų akrosominis dangtelis. Akrosominės dangtelio išskiriami fermentai apvaisinimo metu suardo patelės kiaušialąstės sienelę, todėl spermatozoidų branduolys patenka į kiaušialąstę ir susijungia su kiaušialąstės branduoliu.
Kitoje akrosominėje fazėje spermos ląstelė užaugina uodegą, kuri padeda jai judėti. Spermos ląstelė sukasi aplink sėklinių kanalėlių sienelę taip, kad jos uodega būtų nukreipta į vamzdelio spindį arba vidinę erdvę. Padedant hormonui, vadinamam testosteronu, Sertoli ląstelės sunaudoja ląstelių medžiagų perteklių brendimo fazėje. Kitame procese, vadinamame spermija, subrendusios spermatozoidų ląstelės išleidžiamos į spindį ir nukreipiamos į prielipą – mažą, susuktą vamzdelį, esantį tarp sėklidės galo ir kraujagyslių. Čia spermatozoidai tampa judrūs arba gali judėti patys ir pasiruošę ejakuliuoti į patelę sekso metu.