细胞的细胞质中，与雄激素受体结合，或被5α还原酶转为血清双氢睪酮（DHT）。DHT同样会与雄激素受体结合（这种结合更稳固，DHT的男性激素强度约是睪酮的2.5倍）。睪酮受体或血清双氢睪酮受体会进行结构性的转变，并让它们进入细胞核，与染色体DNA内特定的核苷酸结合。结合的区域称为激素反应元件（HRE），并影响某些基因的复制活动，产生男性激素效用。在其他嵴索动物的组织内也会有雄激素受体，而雄性及雌性对睪酮的反应也相当一致。在出生前雄性与雌性的睪酮剂量的差异，会导致在青春期或整个生命上的生物差异。睪酮芳构