人类精子发生的过程可以根据细胞类型划分为数个阶段。下表中除初级精母细胞中“倍性/DNA拷贝数/染色体数量”是DNA复制后、细胞分裂前的计数外，其他细胞的计数是指在DNA复制和细胞分裂之前的计数（即G1期）。
细胞类型
倍性/染色体数量（人类）
DNA拷贝数/染色单体数量（人类）
进入下一阶段所经历的过程
精原细胞（Ad型、Ap型和B型）
二倍体(2N)/46
2C/46
精母细胞发生（有丝分裂）
初级精母细胞
二倍体(2N)/46
4C/46
精细胞发生（第一次减数分裂）
2个次级精母细胞
单倍体(N)/23
2C/46
精细胞发生（第二次减数分裂）
4个精细胞
单倍体(N)/23
1C/23
精子形成
4个精子
单倍体(N)/23
1C/23
精子释放
精母细胞发生
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精母细胞发生示意图
主条目：精母细胞发生雄性配子发生的过程被称为精母细胞发生。在这一过程中，位于生精小管的基底室（basal compartment）的精原细胞发生有丝分裂，形成两个二倍体的中间体，称为初级精母细胞。根据精原细胞的核形态的不同可以将其分为A型精原细胞和B型精原细胞。[12]A型精原细胞的异染色质较少，分化程度较低；B型精原细胞异染色质比例较高，说明其转录活动较低，分化程度较高。A型精原细胞可以根据其细胞形态进一步分为Ad（dark）精原细胞和Ap（pale）精原细胞：Ad细胞位于生精小管基底膜上，分裂活动较低，一般认为是干细胞和储备精原细胞，是其他Ad精原细胞和Ap精原细胞的祖细胞；Ap精原细胞不断分裂并逐渐向生精小管的管腔方向迁移，最终产生B型精原细胞。B型精原细胞是形成精母细胞的祖细胞。在人类中，A型精原细胞（A0）一般经过六轮分裂（A1-A4、中间型）形成B型精原细胞。
初级精母细胞迁移至生精小管的近腔室（adluminal compartment）进行DNA复制，然后发生第一次减数分裂，产生两个单倍体的次级精母细胞，接着发生第二次减数分裂产生单倍体的精细胞。第一次减数分裂的前期长达22—24天，因此成为组织切片中比例最多的细胞。根据初级精母细胞的细胞核的染色特征，可以将前期分为五个阶段：
细线期（凝集期）：此时DNA已开始复制，染色质初步螺旋化形成线状，为偶线期做准备。
偶线期（合线期）：染色质进一步螺旋化，偶线期DNA完成复制，同源染色体发生联会。
粗线期（重组期）：同源染色体紧贴合并（假减数），发生同源染色体重组，可以看到清晰的核仁
双线期：同源染色体分离形成四分体，不完全分开的部分称为交叉，染色体上大量的转录泡形成典型的灯刷染色体结构
缩线期（终变期）：同源染色体最终完全脱离，核膜、核仁消失，准备形成纺锤体进行减数分裂
精母细胞发生的过程通过染色体联会和同源染色体重组增加配子的遗传多样性。DNA损伤应答（DDR）是精母细胞发生中的重要机制。DNA损伤修复的关键蛋白FMRP在精母细胞发生的减数分裂过程中结合在染色体上调控DNA损伤应答[13]。
精母细胞发生中细胞进行不完全分裂，子代细胞通过细胞质间桥相连，使细胞发育的状态同步化。精原细胞不断通过有丝分裂补充自身的数量，为精母细胞发生提供持续的精原细胞供应，确保不断进行的精母细胞发生不会耗尽睾丸中的精原细胞[14]。
精细胞发生
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主条目：精细胞生成
精细胞生成（英语：spermatidogenesis）是次级精母细胞产生精细胞的过程。精母细胞发生中产生的次级精母细胞迅速进入第二次减数分裂产生单倍体的圆形精细胞。这一阶段十分短暂，因此在组织切片中很难观察到次级精母细胞。
精子形成
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主条目：精子形成
在精子形成（英语：spermiogenesis）阶段中，精细胞的一个中心粒上的微管延伸形成尾部，延伸出的微管形成轴丝，相应的中心粒形成毛基体，从而使中心体减半[15]。精细胞延伸的同时，DNA首先与特定的碱性核蛋白结合，之后逐步替换为与精蛋白紧密结合，包装为高度浓缩、失去转录活性的染色质。包裹浓缩细胞核的高尔基体在中心粒迁移方向相反的一极积累顶体颗粒。这一阶段被称为高尔基期。
随着囊泡和顶体颗粒的扩张，顶体颗粒融合形成包裹细胞核前半部分的顶体。线粒体围绕轴丝的前端（中段）排列使其变粗，为精子尾部摆动供能。同时，精子的细胞核逐渐伸长，朝向发生定向的改变（头部朝向生精小管的管壁，尾部朝管腔延伸）。这一阶段被称为顶体期。
最终在睾酮的诱导下，精细胞进一步成熟，除去残余的胞浆和细胞器。排出的胞浆称为残余体，将由周围的支持细胞通过胞吞作用吸收。这一阶段称为成熟期。此阶段的成熟精细胞还不具有运动能力。成熟的精细胞从支持细胞上释放到生精小管的管腔中的过程称为精子释放。精细胞变形为精子的过程需要12—24天。
在生精小管的蠕动帮助下，不具运动能力的成熟精细胞随支持细胞分泌的睾丸液转运至附睾中。成熟精细胞在附睾中成为具有游动能力的精子。但精子并不依靠自身的游动通过男性生殖系统的剩余部分，而是借由肌肉收缩被排出体外。