Testosteron wird beim Mann zu mehr als 95% in den Leydig-Zellen des Hodens gebildet und nur zu einem geringen Teil in den Nebennieren. Bei der Frau werden dagegen vergleichsweise geringe Mengen in den Nebennieren und in den Thekazellen des Ovars produziert. Während der Schwangerschaft ist auch die Plazenta beteiligt.
Die Bildung von Testosteron beim Mann wird durch einen Regelkreis gesteuert, in dem das Hormon LH die Testosteronsekretion aus den Leydig-Zellen stimuliert. Umgekehrt hemmt, im Sinne einer Gegenkoppelung, im Plasma vorkommendes Testosteron mit steigender Konzentration zunehmend die LH-Sekretion aus der Hypophyse. Die Testosteronsekretion folgt dem zirkadianen Rhythmus von LH und erreicht ihr Maximum am Morgen.
Wie andere Androgene wird auch das Testosteron vor allem in der Leber glucuronidiert bzw. sulfatiert. Ferner erfolgt eine Metabolisierung zu Androsteron und Etiocholanolon. Die Glucuronid- und Sulfatkonjugate werden anschließend überwiegend renal und in geringem Maß biliär ausgeschieden. Ein sehr geringer Teil (unter 2%) des Testosterons erscheint unverändert im Urin.
Die physiologische Wirkung geht vom freien aktiven Testosteron aus, das einen Anteil von nur rund 1 - 2% des Gesamttestosterons ausmacht. Der größere Teil ist an Albumin (33%) und SHBG (65%) gebunden. Das freie Testosteron kann nach der Bestimmung des Gesamttestosterons, des SHBGs und des Albumins durch die Vermeulen-Formel berechnet werden. Im klinischen Alltag wird das freie Testosteron im Blut oft durch den freien Androgenindex abgebildet.
Testosteron beeinflusst u.a. das Wachstum, den Aufbau von Muskelmasse (anabole Wirkung) und die Erythropoese. Es ist essentiell für Entwicklung der primären und sekundären männlichen Geschlechtsmerkmale. Darüber hinaus stimuliert es die Talgdrüsen der Haut, induziert die Absonderung von Lockduften (Pheromonen) und besitzt einen Einfluss auf die Libido und die Potenz. Erhöhtes Testosteron kann Akne verstärken und zu Haarausfall führen.
Hormonelle Auswirkungen auf die Verhaltensweise, wie eine verstärkte Aggressivität, konnten bereits im Tierversuch nachgewiesen werden. Beim Menschen ist dieser Zusammenhang jedoch umstritten (Stand 2022).
