精子的发育和成熟经历了一个复杂的过程，大约需要3个月。主要过程在睾丸的生精小管中进行，大致可分为三个阶段:

1.精原细胞增殖分裂期:精子最原始的阶段称为精原细胞，是产生精子的干细胞，位于生精小管的生精上皮内。起初，精原细胞以有丝分裂的形式增殖，一分为二，二变成四。经过六次分裂，一个精原细胞增殖到64，称为初级精母细胞。

2.精母细胞向精细胞的符号性分裂:初级精母细胞继续分裂。这次是减数分裂，也就是一个初级精母细胞分裂成两个次级精母细胞，但是和精原细胞的增殖分裂不同，因为核内的染色体没有复制。因此，每个次级精母细胞:细胞只携带原染色体数目的一半，即23条染色体，包括一条性染色体。细胞体积也小于初级精母细胞。在这个过程之后，次级精母细胞经历另一次成熟分裂，成为两个精母细胞。结果，一个初级精母细胞分裂成四个精母细胞，每个精母细胞携带单一数量的染色体。至此，一个精原细胞变成256个精母细胞。

3.生精阶段:在细胞分裂的同时，精细胞已经逐渐向生精小管靠近。此时，精子细胞继续发育，但不再分裂。但是形态上发生了复杂的变化，变成了有头有尾的精子，进入管腔。此时精巢内精子的发育过程完成，大约持续64天。位于生精小管上皮的支持细胞在支持、保护和滋养精子方面起着重要作用。支持细胞还分泌一种与雄激素特异性结合的球蛋白，使生精小管中的雄激素浓度远高于血液中的浓度。只有在这种适宜的微环境下，生精细胞才能分化成精子。

然后精子沿生精小管进入附睾，在附睾头停留约2-3周，才能发育成具有运动和受精能力的成熟精子。因此，一个精原细胞发育成成熟精子大约需要90天。