睾丸细胞肿瘤有精原细胞、间质（Leydig）细胞、支持细胞、胚细胞癌和绒毛膜上皮癌等，绝大多数为恶性。其病因和发病机制不明。潜在的致病因素包括隐睾、睾丸外伤、睾丸萎缩、家族史、遗传缺陷、内分泌紊乱、病毒或细菌感染以及辐射和化学毒物等。
多种基因变异与睾丸肿瘤相关
性腺发育异常、隐睾、Klinefelter综合征患者生殖细胞肿瘤的发生率增高。父亲患睾丸癌，其儿子睾丸癌的发生率增加6～10倍。提示遗传对睾丸肿瘤的发生可能有重要作用。Y染色体微缺失（microdeletions）或Y染色体丢失是睾丸癌的重要病因。生理情况下，Y染色体经受了长期而不断的蜕变，有害的蜕变被有益的修复机制代偿，因而不至于发生肿瘤。当发生睾丸癌后，肿瘤细胞的这种修复机制不复存在。睾丸生殖细胞肿瘤表现为多倍体核型，染色体数目多在三倍体范围内，异倍体率70.0%～95.0%。异倍体核型的形成是由于二倍体细胞的分裂异常、细胞融合及染色体不断丢失所致。睾丸肿瘤中检测出K-ras基因突变，该突变使K-ras基因获得致癌活性。此外，睾丸组织中p53基因突变、抗癌基因Rb蛋白产物表达缺失、睾丸生殖细胞癌过度表达细胞周期蛋白D2。
黄体生成素受体突变引起睾丸肿瘤
男孩因为LHR基因有G1732C突变（GAT1732CAT），导致LHR的第6穿膜区N578H突变，3例男孩临床表现均为性早熟。LHR是与G蛋白耦联的受体，LHR与LH结合后使第二信使cAMP产生增加而发挥作用，但也可通过磷酸肌醇通路传递信息。以前报告LHR有D578G和D578Y突变导致睾丸间质细胞增生而引起男孩性早熟。这两种LHR基因突变都只引起cAMP产生增加，病理检查只有睾丸间质细胞增生而无肿瘤形成。Liu等将有G1732C突变的LHR基因转染给COS-7细胞以检查所表达的LHR功能，结果显示有D578H突变的LHR结合hCG的量增多，基础cAMP产量也增加；同时有基础磷酸肌醇产生比野生型LHR的产量增加7倍。据此认为LHR基因突变导致两条通路的激活而引起睾丸间质细胞肿瘤的形成。
p53突变引起睾丸肿瘤
睾丸原位癌（carcinoma in situ）被认为是除精细胞和精原细胞瘤外的所有睾丸胚细胞肿瘤的组织变异型，许多人的恶性肿瘤中p53肿瘤抑制基因均有改变，而且可作为预后判断指标。p53突变包括外显子5/密码158、170、176、外显子6/密码214处的错义突变。有2例为外显子5/密码178和外显子6/密码213沉默突变（silent mutation）。有1例原位细胞癌和1例胚细胞肿瘤中有相同的错义点突变，即外显子5/密码176。有3例睾丸癌DNA测序显示在原位癌细胞中有点突变，但在检查相关的睾丸肿瘤细胞中都未检出p53基因突变。据此认为在睾丸胚细胞肿瘤的原位期即存在癌的生物特性。从有关的原位癌细胞在p53基因序列发生某种突变事件的基础上单克隆发展为有临床表现的睾丸癌。也有报告卵巢腺癌有6q11-27缺失。
芳香化酶过度表达与睾丸肿瘤相关
Fowler等发现约有一半的转基因雄性小鼠中有芳香化酶的过度表达，这种小鼠表现不育，睾丸比正常小鼠大。病理学检查有leydig细胞肿瘤（一侧或两侧），血清中E2水平比正常小鼠高两倍，在睾丸组织中转基因小鼠的芳香化酶和E2受体的表达与未转基因的小鼠比较有非常明显的增高，据此认为芳香化酶的过度表达引起E2产生增加可诱发睾丸癌的形成。
