Sau khi được hình thành trong ống sinh tinh, tinh trùng tách khỏi các tế bào Sertoli và lớp biểu mô của ống sinh tinh để di chuyển vào lòng của ống sinh tinh. Lúc này tinh trùng chưa có khả năng di động. Tinh trùng đi từ các ống sinh tinh vào đến mào tinh chủ yếu do tác động luồng dịch di chuyển và một phần do các nhung mao.

Mào tinh là một ống nhỏ, xoắn, dài khoảng 5 mét. Mào tinh bao gồm 3 phần: đầu, thân và đuôi. Sự trưởng thành của tinh trùng chủ yếu xảy ra ở mào tinh. Trong thời gian di chuyển theo mào tinh, không có sự thay đổi rõ ràng ở hình thái của đuôi tinh trùng. Thay đổi rõ ràng nhất là sự di chuyển của các túi chứa tế bào chất di chuyển dần từ cổ đến đoạn giữa của tinh trùng và mất đi hoàn toàn vào thời điểm phóng tinh. Quá trình này giúp tinh trùng loại bỏ bớt tế bào chất và các bào quan không cần thiết để tinh trùng có thể di động nhanh hơn và tốn ít năng lượng hơn trong quá trình di động. Đầu tinh trùng cũng có sự thay đổi khi di chuyển trong mào tinh, đặc biệt là hình dạng và kích thước của cực đầu. Tinh trùng tăng dần khả năng tự di động khi di chuyển từ phần đầu đến phần đuôi của mào tinh. Tại phần đuôi của mào tinh, đa số tinh trùng đã có khả năng tự di động.

Tinh trùng sau đó đi vào ống dẫn tinh. Ống dẫn tinh dài 35 cm, từ mào tinh đến tiền liệt tuyến. sau đó hợp với ống dẫn từ túi tinh dịch để hình thành ống phóng tinh. Đây là một ống cơ dầy, nhiều lớp, có khả năng nhu động rất mạnh.

Trong khi phóng tinh, tinh trùng trưởng thành từ mào tinh sẽ di chuyển vòa ống dẫn tinh, ống phóng tinh và niệu đạo để ra ngoài. Trong đường đi tinh trùng được hòa với các dịch tiết từ các tuyến phụ để tạo thành tinh dịch: Các túi tinh, tiền liệt tuyến, các tuyến niệu đạo … Khoảng 60% thể tích của tinh dịch do túi tinh cung cấp, 30% từ tiền liệt tuyến.

Dịch từ túi tinh tiết ra bao gồm một số thành phần quan trọng sau:

- Fructose: năng lượng chính cho tinh trùng sau khi xuất tinh

- Prostaglandins: kích thích sự co thắt của các cơ trơn trong đường sinh dục năm và nữ, hỗ trợ sự di động của tinh trùng

- Fibrinogen: tiền vhaats của fibrin, làm đông tinh dịch sau khi xuất tinh.

Dich tiền liệt tuyến chứa acid citric, kẽm,magnesium. Tiền liệt tuyến còn tiết ra  các fiprinogenase và aminopeptidase. Khi xuất tinh, các men gây đông tinh dịch sẽ có tác động lên fibrinogen trong dịch tiết từ túi tinh, sinh ra fibrin làm đông tinh dịch. Sau đó fibrinnolysin và aminopepetidase sẽ phân hủy fibrin để giải phóng tinh trùng.

Tinh dịch được phóng vào âm đạo, gần lỗ ngoài cổ tử cung. pH tinh dịch vào khoảng 7.2 – 7.8. Trong khi pH của âm đạo thường < 5. Do đó ngay sau khi phóng tinh, tinh dịch đông, vón cục, do sự hingf thành fibrin, để bảo vệ tinh trùng khỏi môi trường acid của âm đạo và giữ tinh trùng ở vị trí gần cổ tử cung, tránh chảy ngược ra ngoài. Môi trường âm dạo sau đó bị kiềm hóa do khả năng đệm của tinh dịch. Sự ly giải bắt đầu xảy ra nhờ tác động của  fibrinnolysin, và giải phóng tinh trùng. Các cơ chế này làm tăng tối đa số lượng tinh trùng vào được cổ tử cung.

Trong giai đoạn rụng trứng, do ảnh hưởng của estrogen, chất nhầy cổ tử cung nhiều và loãng hơn, thuận lợi cho sự di chuyển tinh trùng vào cổ tử cung.

Niêm mạc cổ tử cung có nhiều kẽ. Rất nhiều tinh trùng sau khi đi vào cổ tử cung bị giữ lại ở các kẽ này. Các kẽ này đóng vai trò như các kho dự trữ tinh trùng. Tinh trùng từ các kẽ này sau đó sẽ tiếp tục đi lên vào buồng tử cung. Do đó tinh trùng đi vào cổ tử cung làm 3 giai đoạn: 

- Giai đoạn đầu: một số tinh trùng di động nhanh qua cổ tử cung.

- Giai đoạn hai: tinh trùng bị giữ lại ở các kẽ của niêm mạc cổ tử cung.

- Giai đoạn ba: tinh trùng tiếp tục đi lên từ các kẽ dự trữ.

Sự di chuyển của tinh trùng trong buồng tử cung được sự hỗ trợ của nhiều yếu tố: sự co thắt của cơ trơn tử cung, dịch trong lòng tử cung và các nếp gấp nội mạc tử cung, 5 phút sau khi xuất tinh, người ta có thể tìm thấy tinh trùng trong vòi trứng.

Sự di chuyển tinh trùng trong vòi trứng chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố: sự co thắt của cơ trơn vòi trứng, các nhung mao của biểu mô vòi trứng và môi trường nội tiết của vòi trứng.

Trong thời gian di chuyển tại tử cung và vòi trứng, đầu tinh trùng được hoạt hóa. Quá trình này tạo sự thay đổi của màng ở đầu tinh trùng, làm tiền đề cho phản ứng cực đầu và sự thụ tinh trứng sau này.

Sau đỉnh LH, trứng tiếp tục giảm phân lần một, “trưởng thành” và rụng. Sau khi rụng vào ổ bụng, trứng và một ít dịch nang sẽ được loa vòi “bắt” và hút vào bên trong vòi trứng. Nhờ sự di động của các nhung mao và sự co thắt của các cơ trơn vòi trứng, trứng di chuyển dần vào bên trong đoạn bóng của vòi trứng. Trứng và tinh trùng sẽ gặp nhau và thụ tinh ở khoảng 1/3 ngoài của vòi trứng.

Khoảng vài trăm tinh trùng đến được 1/3 ngoài vòi trứng để thụ tinh với trứng, Trứng được bao bọc bởi các tế bào vành tia bên trong và lớp tế bào hạt bên ngoài. Hyaluronidase do tinh trùng tiết ra và các men khác của vòi trứng sẽ làm rã các lớp tế bào bao quanh trứng. Giúp một số tinh trùng tiếp xúc được với lớp zona pelucida bao quanh trứng. Khi tinh trùng tiếp xúc với các thụ thể trên bề mặt zona pelucida, phản ứng cực đầu xảy ra, các men bên trong cực đầu của tinh trùng được phóng thích. Các men này giúp tinh trùng xuyên thủng được lớp màng zona và tiếp xúc với màng trứng. Tinh trùng sẽ chiu vào bên trong trứng theo cơ chế tương tự như hiện tượng thực bào.

Sự xâm nhập của tinh trùng vào trứng kích thích hàng loạt các phản ứng sinh học từ trứng. Trứng sẽ tiết vào khoang quanh noãn một chất làm thay đổi cấu trúc bên mặt trong của zona, ngăn cản sự xâm nhập của các tinh trùng khác. Trứng tiếp tục quá trình giảm phân II, hình thành thể cức thứ hai. Đến thời điểm này bộ nhiễm sắc thể của trứng mới là n nhiễm sắc thể. Hai tiền nhân hình thành từ bộ nhiễm sắc thể của trứng và tinh trùng. Hai tiền nhân từ từ tiến lại gần nhau và hợp nhất thành nhân của hợp tử. Quá trình phân chia của hợp tử bắt đầu để hình thành phôi.

Sự thụ tinh diễn ra ở đoạn bóng của vòi trứng. Dưới tác động của các lông chuyển và sự co thắt của cơ trơn vòi trứng, phôi di chuyển trong dịch của vòi trứng về hướng buồng tử cung. Phôi vào đến buồng tử cung khoảng 4-5 ngày sau khi thụ tinh, vào giai đoạn cuối của phôi đầu hoặc đầu của phôi nang.

Phôi khi vào đến buồng tử cung sẽ tiếp tục sống và phân chia trong môi trường dịch tiết của nội mạc tử cung vài ngày trước khi làm tổ. Trong thời gian đó, nội mạc tử cung được chuẩn bị cho quá trình làm tổ nhờ ảnh hưởng của progesterone do buồng trứng tiết ra trong giai đoạn hoàn thể.

Phôi nang sau đó sẽ bám vào nội mạc tử cung đẻ làm tổ. Lớp tế bào ngoài cùng của phôi nang sẽ phát triển thành nhau; khối tế bào bên trong sẽ phát triển thành thai; dịch chứa trong nang của phôi sẽ hình thành ối trong quá trình hình thành phát triển va biệt hóa của phôi.