精子冷冻技术在人类生殖医学中主要应用于以下几个方面：
生育力保存
男性在进行有可能影响生育能力的活动之前，可以通过对精液进行冷冻保存，以备日后使用。比如：为防止因意外事故而导致生殖能力丧失，成年男性可将精液取出进行冷冻保存；因工作及事业等原因而选择晚婚和晚育的男性，也可选择将精液冷冻保存；接受有可能永久损害生精功能的细胞毒性药物或者放射治疗，如因睾丸肿瘤接受外科手术或某些患者因肿瘤疾病要进行化疗和放疗，先将精液保存，因为放疗、化疗可以引起无精子症；考虑到将来存在婚姻状态改变可能性或想再要一个孩子，男性输精管结扎术前可以预先冷冻贮存一部分精液，此时冷冻的精液可以用来弥补。
治疗不育症
精液冷冻技术在辅助生殖方面具有很重要的意义。以下几种情况可以进行精子冷冻，以备AIH、IVF或者ICSI治疗时使用。如：通过手术从睾丸或附睾取出的精子或逆行射精从尿液中收集的精子进行冷冻保存，供以后行辅助生殖技术时使用；在辅助生育治疗过程中，在取卵日或者AIH日不能留取新鲜的精液；不育症的治疗达不到持久的效果，包括生殖管道堵塞手术再通或者下丘脑-垂体-性腺发育不良的促性腺激素治疗后等；严重少精子症或者精液中间断出现活动精子的情况。
供精
通过建立人类精子库，对供精志愿者提供的精液进行冷冻保存，为生殖中心提供达到卫生部技术规范标准的冷冻精液，通过供精人工授精或供精试管婴儿技术，使因男方无精子症、男方患有遗传病或遗传病致病基因携带者、母儿血型不合导致婴儿溶血性贫血的女性达到生育目的。我国法律不允许单身女性通过使用供精者的精液怀孕。
用于精液分析的质量控制
冻存的精液样本可以用于男科实验室的室内及室间质量控制，内容包括评估精子浓度、精子活力、精子形态和精子存活率。然而通过几份精液标本的混合，可能会出现精子凝集现象；冻存精液质控品的运输费用及标本的复苏质量也严重限制了这类质控品的使用。
