Biologicamente, a importância da reprodução sexual reside na junção de duas células provenientes de indivíduos distintos, o que permite a mistura dos caracteres hereditários, cuja interacção produz uma variedade de combinações genéticas diferentes muito maior do que seria possível de outra forma.

As duas células – gâmetas (do grego gameo = casar) – que se juntam, têm estruturas diferentes, sendo uma, a masculina – espermatozóide (do grego sperma = semente; zoon = animal) – pequena e móvel, e a outra, a feminina (óvulo), grande, geralmente possuidora de depósitos nutritivos, e imóvel.

A combinação periódica de material genético proveniente de dois indivíduos acarretaria um aumento contínuo de quantidade existente em cada célula, se não existisse um mecanismo para a reduzir. O material genético é transportado em unidades, ou genes, nos cromossomas do núcleo das células. Há um número par de cromossomas, porque estes constituem uma série de pares homólogos, cada um dos quais contém um cromossoma derivado da mãe e outro do pai. No homem observam-se geralmente vinte e três pares.

A partir da puberdade os ovários atingem maturidade e produzem óvulos. Os óvulos ainda imaturos encontram-se dentro de estruturas chamadas de folículos ováricos, que já existem nos ovários de uma criança recém-nascida, mas que se mantém em repouso até à puberdade. O óvulo humano maduro tem um diâmetro ligeiramente superior a um décimo de milímetro (120 µ), ao passo que o folículo tem um diâmetro cerca de cem vezes maior (10 a 15 mm) e um volume cerca de um milhão de vezes superior.

É curioso que haja uma variação tão pequena no diâmetro do óvulo entre os diferentes mamíferos, sendo o da baleia, que chega a pesar 100 toneladas, pouco maior do que o do rato. No entanto, o tamanho do folículo varia aproximadamente em proporção com o tamanho do animal. (Parkes, 1931).

Nas preparações microscópicas habituais, o óvulo parece estar rodeado por uma membrana – a zona pelúcida ou oolema – de cerca de 5 µ de espessura. A investigação ao microscópio electrónico revela que esta membrana é constituída por prolongamentos digitados e enfeixados, por um lado, da superfície do óvulo e, por outro, das superfícies das células circundantes (Sotelo e Porter, 1959). O núcleo tem cerca de 25 µ de diâmetro e contem um grande nucléolo.

Devem existir dois tipos de espermatozóides, uns com cromossomas X e outros com Y, embora se torne impossível distingui-los.

A parte importante do espermatozóide é a sua cabeça, principalmente constituída pela substância condensada do núcleo do espermatídeo. O exame ao microscópio electrónico pode revelar uma estrutura cristalina regular no núcleo, quando os espermatozóides já estão quase maduros, o que indica a acumulação estreita e regular das moléculas do complexo ácido desoxirribonucleico proteína.  

Os espermatozóides têm, nas espécies de vertebrados, o mesmo tipo de estrutura, embora haja consideráveis diferenças de forma. No conjunto do reino animal, a variação é muito maior e, por exemplo, em certos gastrópodos o mesmo animal produz dois tipos diferentes: o tipo normal para a fecundação e um outro tipo, que é maior e se move por meio de uma membrana ondulante em vez do flagelo normal; supõe-se que conduz os espermatozóides normais e que os nutre.

No espermatozóide humano, a cabeça tem forma oval achatada, com cerca de 4,5 µ de comprimento, 2,5 µ de largura e cerca de 1,5 µ de espessura média, adelgaçando para a ponta, onde forma um bordo fino. A metade frontal desta cabeça está coberta por uma coifa delgada – o acrossoma (do grego akros = mais alto; soma = corpo) – sobre a qual fica possivelmente outra coifa – a coifa do acrossoma ou galea capitis (nome latino do elmo, da cabeça). A cabeça do espermatozóide é elástica, visto ser reversivelmente extensível. Atrás da cabeça do espermatozóide fica o colo, uma região curta e fraca. Este constitui a base do filamento axial, que é uma parte central fibrosa que segue para trás, atravessando a peça intermediária e a cauda.

A cabeça, a peça intermediária e a cauda estão cobertas por uma membrana delgada a que se chama membrana espermática.

Os espermatozóides não se movem antes de se soltarem. Quando se tornam móveis, deslocam-se por meio de movimentos ondulantes da cauda e rodam em torno do eixo maior à medida que avançam. Tanto a vibração da cauda como a rotação são rápidas, com 10 a 40 movimentos por segundo. Podem avançar vários milímetros por minuto.