典型Klinefelter综合征患者的核型为47，XXY，是由于配子在减数分裂时染色体不分离所致，导致睾丸小而硬，生精小管呈玻璃样变，Leydig细胞绝对数减少，导致血清睾酮水平低于正常。大多数混合型性腺发育不全的核型为45，X/46，XY，常常是由有丝分裂后期滞后造成。患者表现为一侧睾丸，另一侧为条纹性腺，其中睾丸下降不全，通常在腹腔，胎儿生殖器的表现型不明确。XYY综合征患者的核型为47，XYY，是由精子发生过程中第二次减数分裂时Y染色体不分离造成，部分患者睾丸功能轻度障碍，睾丸下降不全。

大部分46，XX男性性反转患者是因Y染色体上的 SRY基因易位到X染色体造成，睾丸发育情况与Klinefelter综合征患者相似。46，XY完全型性腺发育不全患者通常与 SRY基因异常，或 SRY下游基因异常有关，两侧性腺分化为条纹性腺，表现为女性外生殖器。真两性畸形患者的核型大多数为46，XX，其 SRY基因多为阴性，可能与性决定基因突变有关，其次为46，XX/46，XY，通常由双重受精或两个受精卵融合所致。这类患者性腺发育最常见的类型为一侧卵睾（同时存在卵巢和睾丸组织），另一侧为卵巢或睾丸，且卵睾或睾丸下降不全，胎儿外生殖器表现不明确。Noonan综合征的男性患者核型为46，XY，发病与12号染色体的D ₁₂S8 ₄和D ₁₂S ₃66之间的相关基因异常有关，睾丸体积较小，下降不全，并伴有其他系统畸形。先天性无睾症患者的核型为46，XY，其中部分患者与某一个或某一组基因发生突变有关，导致性腺分化为睾丸后，又在胚胎的某个时期发生退化，根据退化的时间不同，生殖管道和外生殖器的分化程度亦不同。睾丸间质细胞发育不良和不发育患者的核型为46，XY，通过常染色体隐性遗传方式发病，与相关基因突变有关，导致Leydig细胞缺乏或其LH受体异常，睾酮水平明显偏低。

雄激素是由胆固醇经一系列酶的催化作用转化而来，其中有5个重要的酶，包括胆固醇侧链裂解酶、3β-羟基类固醇脱氢酶、17α-羟化酶、17，20-裂解酶和17β-羟基类固醇氧化还原酶。当编码酶的基因发生突变，引起其中任何一种酶的缺乏，导致睾酮水平低下，男性胎儿男性化不全或缺失。

雄激素受体的编码基因位于X染色体的长臂上，包含8个外显子。当该基因发生部分缺失、点突变或是mRNA转录过程受损时，引起雄激素受体功能不同程度的损害，导致完全性雄激素不敏感综合征和部分雄激素抵抗综合征，进而出现男性生殖器女性化或外生殖器模糊。

5α-还原酶基因有两种亚型：编码Ⅰ型5α-还原酶和Ⅱ型5α-还原酶。其中Ⅱ型5α-还原酶在前列腺和外生殖器中高表达。当位于2p23的 SRD5AII基因突变时，Ⅱ型5α-还原酶缺乏，导致尿生殖窦和外生殖器的男性化缺陷，但有正常附睾、输精管、精囊和睾丸，射精管终止于盲端阴道内。