级精母细胞继续从周围细胞吸取营养，增大细胞体积，并进行DNA复制，为随后的成熟分裂作好准备。初级精母细胞经过两次成熟分裂，先后形成次级精母细胞和精子细胞。第一次成熟分裂是减数分裂，其前期时间很长，变化过程也很复杂，包括细线期、合线期、粗线期、双线期及终变期。减数分裂后所形成的两个单倍体的次级精母细胞，其性染色体不同，一为X，一为Y.次级精母细胞不经DNA复制，紧接着就进行第二次成熟分裂（普通有丝分裂方式），形成两个较小的精子细胞。两次成熟分裂之间的间隔期很短。减数分裂时由于同源染色体之间局部物质的相互交换以及彼此随机组合，导致基因重组，产生了与亲代不同的遗传变异。

　　变态期精子细胞不再进行分裂，圆形的精子细胞经过复杂、剧烈的形态变化，转变为具有头、颈和尾部的精子。大部分精子细胞是埋于支持细胞的细胞质凹陷内进行精子的变态形成的。主要的形态变化包括细胞核浓缩伸长，高尔基复合体转变成顶体，从中心粒伸出轴丝形成鞭毛，线粒体螺旋围于轴丝中段部分，大部分胞质被丢弃。支持细胞的作用是提供营养和排出代谢废物，最后将同步完成变态的精子推入管腔，并把精子细胞留下的残余物质吞噬分解掉。

　　精子发生的整个过程是在睾丸曲精细管内进行的，也就是曲精细管是由发育不同期的生殖细胞和支持细胞所构成。人类从精原细胞到精子形成需70天左右，这为临床使用男用避孕药及治疗男子不育症的用药时间提供了参考依据。精子发生过程是在激素调节控制下进行的，主要有垂体前叶分泌的卵泡刺激素（FSH）、间质细胞刺激素（ICSH）以及间质细胞合成、分泌的睾丸酮。此外还受多种内、外因素的影响，如睾丸中蛋白质合成系统的酶对温度极敏感，最适温度约为32℃，因而隐睾症患者的精子发生就受到影响。

　　变态完成的精子要在附睾内停留12～21天完成生理成熟，包括精子形态、运动方式、核蛋白的进一步改变，以及磷酯、脂肪酸、硫氢基与锌含量的变化。附睾头部与尾部的精子受精能力有极为明显的差异，医学教.育网搜集整理附睾体尾部是精子成熟和贮存的场所，最后还需要接触女性生殖管道的液体和获能后才具受精能力。