精子发生的内分泌调控
下丘脑促性腺激素释放激素（GnRH）的脉冲式释放引发脑垂体黄体生成素（LH）和卵泡刺激素（FSH）的分泌。LH通过其在睾丸间质细胞上的受体刺激睾酮分泌，使之在睾丸内的睾酮浓度达到外周血浓度的几十倍至数百倍，睾酮与FSH共同作用于睾丸支持细胞和管周细胞，从而在青春期间接地始动精子发生并维持精子发生过程。McLachlan等在动物模型的研究结果表明，使用GnRH拮抗剂治疗的雄性大鼠或垂体切除术后的雄性大鼠LH与FSH迅速下降至低于可测定水平。随后，睾丸内睾酮浓度大幅下降、精子发生停滞。此时，如果单纯补充FSH，在缺乏足够量的睾丸内睾酮浓度情况下，大鼠的精子数量发生恢复，但发育过程只能恢复到精子形成的圆形精子细胞阶段，说明睾酮在精子形成过程中发挥重要作用。
在睾酮撤退大鼠模型，精原细胞和精母细胞数量降至总数的60%，精子发生停滞；如果单纯补充睾酮，睾丸重量和总精子数只能恢复到原来的85%。给予正常男性超生理剂量的外源性雄激素可抑制GnRH、LH与FSH的分泌和造成精子发生停滞。然而，外源性超生理剂量的雄激素造成的精子发生停滞，单独补充FSH只能使生精细胞发育到圆形精子细胞阶段，但共同补充FSH与睾酮可使生精细胞发育为成熟精子，完成正常精子发生过程。由此可见，FSH在精子发生的数量方面发挥了重要作用。FSH与睾酮协同作用才能诱发或维持正常数量的精子发生过程。
激素类男性避孕药作用机制
雄激素单方制剂的避孕机制
当通过各种途径，给予超生理剂量的外源性雄激素（包括睾酮衍生物和睾酮酯）能够抑制下丘脑-垂体系统的促性腺激素分泌或功能障碍，抑制并耗尽睾丸内睾酮，从而引发精子发生障碍或完全停滞，达到避孕目的。同时，外源性雄激素可替代内源性雄激素的生理作用。
雄激素与孕激素复方制剂合用的避孕机制
雄激素与孕激素合用可通过其各自独立的负反馈机制来抑制垂体促性腺激素的分泌，继而使精子发生停滞。这种抑制作用具有协同或叠加作用效果。这种配伍可减少联合用药中雄激素的剂量，而生理水平的雄激素浓度可替代内源性雄激素的生理作用，这样可使受试者避免暴露于超生理剂量的雄激素水平。无论是减低雄激素暴露量，还是增加用药间隔都可减少与雄激素有关的不良反应，减低大剂量雄激素长期应用的风险。此外，某些孕激素具有抗雄激素特性。一方面，其可抑制垂体促性腺激素的分泌；另一方面，其可通过竞争抑制睾酮和双氢睾酮与雄激素受体的结合发挥抗雄激素作用，导致精子发生停滞。
雄激素与GnRH的类似物合用的避孕机制
GnRH类似物包括GnRH激动剂（GnRH-A）和GnRH拮抗剂（GnRH-At）两类，通过垂体促性腺细胞膜上的GnRH受体发挥作用。但是两者的作用机制截然不同。与内源性GnRH不同，给予外源性GnRH-A后可在初始的1～2周内刺激促性腺激素的释放，受试者外周血中会出现升高的LH与FSH，继续给药会导致GnRH受体的下调节作用，抑制LH和FSH的合成与分泌。而给予GnRH-At后，即刻与内源性GnRH竞争结合受体，抑制促性腺激素的合成与释放。作为避孕药，两种GnRH类似物均使LH分泌降低以及睾酮合成受阻，从而使精子发生停滞。但要适量和适时地补充雄激素，不宜补充大剂量雄激素也不宜与GnRH类似物同时给药，应延迟补充雄激素，否则会减弱GnRH类似物抑制精子发生作用的效果。
雄激素单方制剂避孕效果的临床评估
睾酮是30年代人类第一个发现并合成的雄激素。为此，Butenandt和Ruzicka分享了诺贝尔奖。从此以后，睾酮和睾酮酯主要用于睾丸功能低下的雄激素补充/替代治疗或骨质疏松症的治疗。尽管早在30年代就已知摄入外源性睾酮可以抑制精子数量和影响睾丸功能，但直到70年代后期国外才开始对睾酮作为激素类男性避孕药物进行系统研究。研究者发现，每天肌内注射25mg睾酮丙酸酯60d可使正常男性受试者全部达到无精子症，并且在停止用药后精子发生可恢复正常，未见严重不良反应。但是，缺乏针对睾酮丙酸酯单方用药的临床避孕效果评估。
睾酮庚酸酯
睾酮庚酸酯（Testosterone Enanthate，TE）是较睾酮丙酸酯作用时间更长的雄激素制剂。目前已知，外源性雄激素、睾酮衍生物或睾酮酯可通过负反馈调节抑制促性腺激素的分泌，使精子发生停滞；与此同时，又可维持性功能和替代雄激素在心脏、肌肉、骨、蛋白质的同化作用、矿物质平衡和造血功能等方面的重要作用。与其他激素避孕方法相比，单方雄激素避孕的主要优点是无需再补充外源性睾酮。为了从临床上客观评估睾酮酯的实际避孕效果，美国国立卫生研究院（NIH）和一些国际组织曾资助了大量临床课题，研究TE的男性抗生育作用。通过对数百名志愿者的研究证明，每周肌内注射200～250mg TE可使90%～95%的男性达到严重少精子症（＜5×106/ml）和40%～60%的男性志愿者获得无精子症。当延长注射间隔至2周，严重少精子症和无精子症的百分率分别下降到45%～60%和20%～30%。当每周肌内注射200mg TE诱导出无精子症或严重少精子症后，在维持期每2～4周肌注200mg TE，只能使少数人获得无精子症和同等水平的严重少精子症。每周200mg TE肌注是最佳诱导和维持剂量，不良反应较少。增加注射剂量并不能增加男性抗生育效果。停止注射TE后3个月左右精子发生可恢复到基线值水平。
基于TE的早期研究结果，世界卫生组织（WHO）于1986～1995年组织赞助了两项不同人种间的多中心临床试验，研究每周肌内注射200mg TE的避孕效果、安全性和可逆性。271对志愿夫妇参加了第一项临床试验，其分布在7个国家中的10个研究中心。这些志愿者经过筛选及对照期后进入抑制期，每周肌内注射200mg TE直到获得无精子症（连续3次精液中未查到精子），抑制期最长为6个月。受试者获得无精子症后进入12个月的避孕有效期。在此期间，TE肌内注射避孕是唯一可采用的避孕方法并观察避孕失败例数与精子发生出现反跳的例数。此后，志愿者进入恢复期直到精子计数达到用药前水平或正常生育力水平。6个月累积生命表法统计结果显示64.5%的白种人和91%的中国志愿者获得了无精子症。在累计14～86个月的避孕有效期中，只发生了1例妊娠；若以比尔指数计算，相当于0.8/100人•年。亚洲人获得相对较高无精子症率的机制目前尚不清楚，可能与种族背景有关。由于TE的药代动力学不理想，肌内注射后出现早期爆破性峰值释放，随后很快进入低于正常血药浓度的谷值，造成血中睾酮浓度的极大波动，使志愿者感到很不舒服。
WHO于1989年开始实施了第二项临床研究，试图检测每周肌内注射200mg TE导致精子计数低于3×106/ml的避孕有效性。共有来自9个国家15个中心的399对志愿夫妇参加了此项临床试验。357名志愿者完成了抑制期的研究，349人（98%）获得了无精子症或严重少精子症（少于3×106/ml）。在12个月的避孕有效期中，当累积暴露49.5人•年时严重少精子症志愿者发生了4例妊娠。若以比尔指数计算，相当于8.1/100人•年。无精子症志愿者在累积暴露了230.4人•年后，未发生妊娠。将无精子症和严重少精子症两者的比尔指数合并计算，结果为1.4/100人•年，其远远低于阴茎套第一年的失败率（12/ 100人•年）。所有志愿者在停药后精子发生100%可逆。每周肌内注射200mg TE未出现严重不良反应，但是由于睾酮的同化作用可使体重略有增加并可能出现油性皮肤和痤疮，以及血红蛋白浓度在正常范围内的增加。每周肌内注射200mg TE可明显减低总胆固醇，高密度脂蛋白和低密度脂蛋白浓度，但是未发现肝、肾毒性及前列腺特异性抗原（PSA）浓度的变化。在恢复期结束时，所有这些变化都返回到基线或正常参考值水平。此项临床研究结果显示，如果雄激素注射能够使大多数志愿者达到无精子症，其余人获得严重少精子症，将会获得与女性口服避孕药相似的避孕有效性和提供一个安全、稳定和可逆的男性避孕方法。但是，一些研究结果表明，如果TE作为避孕药长期使用，每周肌内注射一次是难以被接受的，亟需开发长效睾酮酯制剂，这样才能提高其可接受性和持续使用率。
19-去甲基睾酮
19-去甲基睾酮（19-nortestosterone，19-NT）是睾酮衍生物。曾被考虑用作TE的潜在替代品。19-NT除具有较强的雄激素特性之外，还兼有睾酮10倍强的孕激素活性。因此，19-NT 比TE对于垂体激素有更强的抑制作用。早期的一些小规模临床试验发现19-NT与孕激素合用能使80%～90%志愿者达到无精子症。WHO曾资助印度尼西亚进行了多中心临床研究，比较每周肌内注射19-NT或TE与孕激素（长效醋酸甲孕酮，DMPA）合用的男性抗生育效果。结果证明，在无精子症率方面，19-NT与TE对亚洲人有同样的效果。但是，19-NT是睾酮的衍生物，不具有睾酮对于靶器官的全部特性或生理作用，可能不是一个理想的用于替代TE或用于单方雄激素避孕研究的雄激素衍生物。
7α-甲基-19-去甲基睾酮
美国人口理事会研制的7α-甲基-19-去甲睾酮（7α-methyl-19-nortestosterone，MENT）是一个人工合成的19-NT的衍生物，其最大特点是在代谢过程中转化为雌二醇（E2），在维持认知功能、骨密度方面具有重大作用；但不转化成双氢睾酮（DHT），具有一定程度的组织特异性；这些特性能使MENT产生避孕效益之外的健康益处。去势大鼠体内生物等效性比较实验结果表明，MENT对于大鼠前列腺及精囊增重效果是睾酮的4～5倍，对于球海绵体肌和提肛肌的增重效果以及对促性腺激素的抑制作用是睾酮的10倍。去势猴的实验结果同样证明，MENT对促性腺激素的抑制作用是睾酮的10倍，但不增加对前列腺的刺激作用。因此，能发挥对垂体的更强抑制作用和减少雄激素不良反应带来的风险。目前国外已研制出MENT的皮下埋植剂，希望能够获得一个高效、低剂量、长周期的男性皮下埋植剂型的