Дифференциация сперматид в сперматозоиды называется сперматогенезом. Сперматогенез - процесс, при  котором примитивные стволовые клетки или сперматогонии размножаются, и позже превращаются в сперматоциты. Сперматоциты в конечном итоге разделяются и дают началу зрелой клеточной линии, которые в конечном итоге дают начало сперматидам. Сперматиды затем трансформируются в сперматозоиды. Трансформирование заключается в конденсации ядра, формировании акросомы, потере большей части цитоплазмы, развитии хвоста, расположении митохондрий в шейке (средней части). Группы половых клеток имеют тенденцию к развитию и проходят  этап сперматогенеза вместе.  Эта последовательность развития половых клеток называется поколением. Эти поколения половых клеток в основном находятся на одинаковых стадиях развития. Есть шесть этапов развития эпителия семенных канальцев. Переход от первой стадии к шестой составляет один цикл. У человека продолжительность каждого цикла приблизительно равняется 16 дням и 4,6 циклам, необходимым для созревания спермы. Таким образом, длительность всего цикла сперматогенеза у людей составляет 4,6 циклов по 16 дней, в сумме 74 дня.

Созревание сперматозоидов является терминальной частью сперматогенеза, включает в себя следующие отдельные процессы:

• Ядерная конденсации: утолщение и сокращение размера ядра, конденсация ядерного содержимого в минимальном пространстве.
• Формирование акросомы: акросома – это образование на головке сперматозоида, содержащее растворяющие ферменты, которые играют важную роль в проникновении через прозрачную зону яйцеклетки.
• Формирование жгутика: образование хвоста сперматозоид
• Сокращение цитоплазмы: ликвидация всей ненужной цитоплазмы.

Ядерная конденсация

Ядро становится меньших размеров, плотнее и приобретает характерную, сплющенную форму. При взгляде сверху ядро ​​имеет овальную форму, а с узкой стороны - имеет грушевидную форму. Акросома располагается на головке. Ядро и акросома формируют головку сперматозоида, которая фиксируется к телу посредством короткой шеи.

Формирование акросомы

Комплекс Гольджи порождает пузырьки, которые затем сливаются в большие образования, которые располагаются вблизи клеток ядра и в конце занимают большую часть ядра. Акросома функционально соответствует лизосоме и, следовательно, содержит лизосомальные ферменты (например, гиалуронидаза и др.).

Формирование жгутика

Будущая структура аксонемы растет из одной центриоли (дистальной). Аксонема представляет собой пучок из девяти периферических двойных микротрубочек и двух одиночных микротрубочек в центре. В ходе своего развития посредством ротации ядра и пузырьков акросомы, зачаток жгутика занимает положение на противоположной стороне акросомы.

По окончанию формирования жгутика сперматозоид может быть разделен на следующие части:

• Головка сперматозоида – содержащая ядро и акросому
• Шейка сперматозоида – содержит две центриоли (проксимальную и дистальную) и другие структуры
• Средняя часть сперматозоида – состоит из оболочки кольцевой митохондрии, группирующейся вокруг аксонемы, вырабатывая энергию для движений жгутиков.
• Основная часть сперматозоида – состоит из оболочки кольцевых волокон вокруг аксонемы.
• Хвост сперматозоида – состоит только из 9 + 2 структур аксонемы.

Зрелый сперматозоид составляет приблизительно 60 микрометров в длину и полностью окутан плазматической мембраной. Зрелый сперматозоид тонкий, в средней части митохондрии толстые и имеют кольцевую форму. ДНК в ядре головки сперматозоида максимально сжато.

Цитоплазма сперматозоида

По мере созревания сперматид лишняя цитоплазма поглощается клетками Сертоли или располагается в протоках канальцев. Часть цитоплазмы может содержаться в шейке или в средней части сперматозоида лишь некоторое время.

Во время производства сперматозоидов существуют индивидуальные различия, которые также частично находятся под влиянием психологических факторов. Ежедневно примерно 100 миллионов сперматозоидов производится. Известно, что в каждом эякуляте (выделенная наружу сперма) содержится среднее количество сперматозоидов – от 50 до 200 миллионов (по стандартам ВОЗ в эякуляте должно содержаться более 40 миллионов).