下丘脑-垂体-睾丸性腺轴系统调控着男性的生殖功能，下丘脑的促垂体神经分泌细胞以脉冲方式分泌促性腺激素释放激素(GnRH)，通过垂体门静脉系统GnRH进入垂体，与垂体的促性腺细胞的特异性受体结合，促进垂体合成和释放LH和FSH，GnRH对LH生成的刺激作用比FSH要强，LH分泌的量，一方面取决于GnRH的刺激，另一方面也取决于雌激素对垂体的反馈作用。
 
垂体LH和FSH的释放也是脉冲式的，正常男性每天可测得8-10次LH分泌峰，女性比男性的次数要多，FSH的脉冲释放跟LH是同步的，不过FSH的峰值较小。FSH是一种由腺垂体嗜碱性细胞分泌的糖蛋白，它在垂体合成后释放然后进入血液循环，再对靶器官(性腺)产生作用，在男性主要对睾丸发挥作用。
 
下丘脑-腺垂体-睾丸性腺轴系统功能是否正常发挥，直接关系到睾丸生精功能。一般情况下，精子产生和维持需要垂体分泌的FSH和睾丸间质细胞分泌的睾酮协同作用，其中睾酮起关键作用。LH与睾丸间质细胞(Leydigcell)上的受体结合，通过cAMP的介导，刺激间质细胞合成和分泌睾酮，给精子提供生成的激素环境。而FSH则作用于支持细胞(Sertolicell)，与其特异性受体结合后，使Sertoli细胞产生雄激素结合蛋白(ABP)，后者可与睾酮结合，将其转运至生精小管内以维持管腔内的睾酮浓度，促进各级生精上皮细胞的生长发育。
 
Sertoli细胞本身对各级的生精细胞都有着支持和营养作用，Sertoli细胞的数量也影响着睾丸的生精功能。生精上皮正常时，Sertoli细胞分泌的多肽类激素—抑制素(inhibin,INH)抑制FSH的分泌，使其能够维持在正常水平。正常生理情况下，机体通过"下丘脑-垂体-生精小管轴"和"下丘脑-垂体-间质细胞轴"的反馈调节，维持机体生精功能的相对稳定，任何环节的功能障碍都将导致睾丸功能紊乱，影响精子的正常生长发育和成熟。FSH和LH的升高和降低都会影响精子发生，导致男性患上少精症，甚至无精症。
 
通过检查LH和FSH值是否正常是判断下丘脑-垂体-性腺轴功能的常规检查方法。LH和FSH的测定可用于不育症的诊断、内分泌治疗的监测等。LH值增高的情况下，多见于原发性性腺功能低下、真性性早熟、黄体生成素瘤、更年期综合征、XYY综合征及Noonan综合征等病症。LH降低常见于继发性性腺功能低下、假性性早熟、孤立性黄体生成素缺乏症、Kallman综合征、Prader-Willi综合征、Laurence-Moon-Biedl综合征、Friedriech综合征等。而FSH值增高，通常可见于睾丸精原细胞瘤、Klinefelter综合征、原发性性腺功能减退、真性性早熟、促性腺激素垂体腺瘤、更年期后等。FSH降低则常见于男性不育症、垂体功能障碍(如席汉综合征、垂体侏儒症、垂体腺瘤等)、继发性性腺功能减退、假性性早熟等。