A testosterona é teoricamente o hormônio dos testículos e é sintetizada a partir do colesterol pelas células de Leydig. A secreção de testosterona está sob o controle do LH da pituitária. A secreção de LH diminui com o aumento dos níveis de testosterona no sangue através de “feedback” negativo. A testosterona desenvolve e mantém as características sexuais secundárias masculinas, é anabólica, promove o crescimento e participa da formação do esperma. Também causa comportamento agressivo e aumenta a libido. Os andrógenos (hormônios masculinos) fazem aumentar os pelos do corpo enquanto os cabelos do couro cabeludo diminuem.

Tal qual outros esteróides, a testosterona penetra nas células, combina-se com um receptor intracelular e então causa a produção de mRNA, codificando as proteínas que manifestam as mudanças induzidas pela testosterona. Em alguns tecidos é produzida uma forma de testosterona, DHT, que tem maior estabilidade em combinação com o receptor e portanto produz um efeito mais duradouro. O DHT é necessário para a maturação das glândulas associadas e da genitália externa, enquanto a testosterona é mais importante para o crescimento da massa muscular, desenvolvimento da genitália interna, manutenção da libido masculina e vigor sexual.

Outro hormônio produzido pelos testículos é o hormônio polipeptídeo, inibina, produzido pelas células Sertoli. Ele inibe a secreção de FSH agindo diretamente sobre a pituitária.