Ein zentraler Bestandteil der Untersuchung der Fruchtbarkeit des Mannes ist das Spermiogramm.
Hierbei werden die Spermien unter dem Mikroskop untersucht. Dazu wird das Ejakulat nach einer Karenzzeit (Zeit ohne Verkehr) gewonnen. Die Karenzzeit sollte 3 Tage betragen, da ein zu kurzer oder zu langer Abstand zum letzten Verkehr die Spermienzahl negativ beeinflussen kann.

Die Abgabe des Ejakulats erfolgt in einen sterilen Becher und sollte auch sonst unter möglichst keimarmen Voraussetzungen durchgeführt werden. Die Probe sollte zur Untersuchung nicht älter als eine halbe Stunde sein. Wenn die Fahrtzeit zur Praxis darunter liegt, kann die Probe auch zu Hause gewonnen werden. Dabei ist aber darauf zu achten, dass während des Transportes eine Temperatur von 25-35 °C eingehalten wird.

Bei der Erstellung des Spermiogramms werden verschiedene Untersuchungen durchgeführt. Unter anderem wird das Ejakulatvolumen ermittelt, dieses sollte mindestens 2 mL betragen.
Unter Umständen wird auch eine bakteriologische Untersuchung durchgeführt, die auf evtl. Infektionen hindeuten kann.

Mikroskopisch wird anschließend die Beweglichkeit der Spermien beurteilt, dabei erfolgt eine Einteilung der Spermien in vier Kategorien (A-D), wobei zu Kategorie A die schnell vorwärts beweglichen und zur Kategorie D die unbeweglichen Spermien gezählt werden.
Im Normalfall sollten mindestens 50 % der Spermien der Kategorie A und B angehören, also schnelle oder langsame Vorwärtsbeweglichkeit aufweisen.

Das Vorhandensein von Agglutinationen (Verklumpungen) der Spermien kann auf Autoantikörper hindeuten. Gegebenenfalls wird ein MAR-Test durchgeführt, mit dem die Spermien-Autoantikörper nachgewiesen werden können.

Die Messung der Spermienkonzentration erfolgt mikroskopisch mit einer Zählkammer. Die Spermienkonzentration sollte mindestens 20 Millionen Spermien pro Milliliter Ejakulat betragen.
Das völlige Fehlen von Spermien wird als Azoospermie bezeichnet.

Das Aussehen der Spermien (Morphologie) wird ebenfalls mikroskopisch beurteilt. Dazu werden die Spermien mit speziellen Farbstoffen angefärbt. Der Anteil der Spermien mit normaler Morphologie sollte 15 % betragen.

Da die Qualität der Spermien stark schwanken kann, sind oft mehrere Untersuchungen in einigem Zeitabstand notwendig.