เทสโทสเตอโรน
เทสโทสเตอโรน () เป็นฮอร์โมนหลักในกลุ่มฮอร์โมนเพศชายและสเตอรอยด์การสร้าง (anabolic steroid) ประเภทหนึ่งที่พบในสัตว์มีกระดูกสันหลังโดยมาก
มีบทบาทสำคัญในพัฒนาการของเนื้อเยื่อในระบบสืบพันธุ์ชาย เช่น อัณฑะและต่อมลูกหมาก ตลอดจนส่งเสริมลักษณะเฉพาะทางเพศทุติยภูมิ เช่น การเจริญเติบโตของกล้ามเนื้อกับกระดูก และการเกิดขนตัว
นอกจากนั้นแล้ว ฮอร์โมนยังเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ต่อสุขภาพและความอยู่เป็นสุข
ตลอดจนป้องกันโรคกระดูกพรุน
ระดับฮอร์โมนที่ไม่พอในชาย อาจทำให้เกิดความผิดปกติต่าง ๆ เช่น ความอ่อนแอและการเสียกระดูก
ฮอร์โมนอาจใช้เพื่อรักษาอวัยวะเพศชายทำงานไม่พอ (male hypogonadism) และมะเร็งเต้านมบางชนิด
เนื่องจากระดับฮอร์โมนจะลดลงเรื่อย ๆ ตามอายุ แพทย์บางครั้งจะให้ฮอร์โมนสังเคราะห์กับชายสูงอายุเพื่อแก้ปัญหาการขาด
เทสโทสเตอโรนเป็นสเตอรอยด์ในกลุ่ม androstane ที่มีกลุ่มคีโทนและไฮดรอกซิลที่ตำแหน่ง 3 และ 17 ตามลำดับ
ซึ่งสามารถสังเคราะห์จากคอเลสเตอรอลในหลายขั้นตอน และตับจะเปลี่ยนมันเป็นเมแทบอไลต์ที่ไม่มีฤทธิ์
ฮอร์โมนสามารถเข้ายึดและออกฤทธิ์ต่อตัวรับแอนโดรเจน (androgen receptor) ในนิวเคลียสของเซลล์
ในมนุษย์และสัตว์มีกระดูกสันหลังโดยมาก อัณฑะเป็นอวัยวะที่หลั่งฮอร์โมนในชาย และรังไข่ในหญิงแม้ในระดับที่ต่ำกว่า
ต่อมหมวกไตก็หลั่งฮอร์โมนแม้เล็กน้อยด้วย
โดยเฉลี่ย ในชายผู้ใหญ่ ระดับเทสโทสเตอโรนจะอยู่ที่ 7-8 เท่าของหญิงผู้ใหญ่
เพราะฮอร์โมนมีเมแทบอลิซึมที่สูงกว่าในชาย การผลิตแต่ละวันจะมากกว่าหญิงประมาณ 20 เท่า
หญิงยังไวต่อฮอร์โมนมากกว่าชายอีกด้วย
โดยทั่วไปแล้ว ฮอร์โมนแอนโดรเจน เช่น เทสโทสเตอโรน จะสนับสนุนการสังเคราะห์โปรตีนและดังนั้น การเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อที่มีตัวรับแอนโดรเจน (androgen receptor)
ฮอร์โมนยังเรียกได้ว่ามีผลสร้างบุรุษภาพและทำให้โต
ซึ่งผลหลายอย่างเหล่านี้เป็นลักษณะเฉพาะเพศชายทุติยภูมิ
ผลของเทสโทสเตอโรนยังสามารถจัดตามอายุที่ปกติเกิดขึ้น
หลังจากคลอดในทั้งหญิงชาย ผลโดยมากจะเป็นไปตามระดับและระยะที่มีเทสโทสเตอโรนอิสระเวียนในเลือด
ผลก่อนเกิดแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม โดยจัดตามระยะพัฒนาการ
ระยะแรกเกิดขึ้นระหว่าง 4-6 อาทิตย์ในครรภ์
ตัวอย่างรวมทั้งการสร้างอวัยวะเพศ รวมทั้ง midline fusion, การสร้างท่อปัสสาวะในองคชาต, การทำถุงอัณฑะให้บางและมีรอยย่น, การเพิ่มขนาดองคชาต,
ตลอดจนพัฒนาการของต่อมลูกหมากและถุงพักน้ำอสุจิ (seminal vesicle) ด้วย
แม้ว่าบทบาทของเทสโทสเตอโรนจะน้อยกว่าของ dihydrotestosterone มาก
ในไตรมาสที่สอง ระดับแอนโดรเจนจะขึ้นอยู่กับเพศ
ไตรมาสนี้มีผลต่อการสร้างบุรุษภาพและสตรีสภาพของทารก และเป็นตัวพยากรณ์พฤติกรรมเพศหญิงหรือชาย ได้ดียิ่งกว่าระดับฮอร์โมนแม้ในตัวเองเมื่อเป็นผู้ใหญ่
เช่น ระดับเทสโทสเตอโรนของมารดาระหว่างมีครรภ์จะมีสหสัมพันธ์กับพฤติกรรมตามเพศของลูกสาว ที่มีกำลังยิ่งกว่าระดับฮอร์โมนของตัวลูกสาวเองเมื่อเป็นผู้ใหญ่
ผลของแอนโดรเจนต่อทารกวัยต้นเป็นเรื่องที่เข้าใจน้อยที่สุด
ในอาทิตย์แรกของทารกชาย ระดับเทสโทสเตอโรนจะสูงขึ้น
ระดับจะอยู่ในพิสัยที่มีในช่วงวัยรุ่นเป็นเวลา 2-3 เดือน แต่ปกติจะลดลงถึงระดับเด็กที่แทบตรวจจับไม่ได้โดยอายุ 4-6 เดือน
หน้าที่ของระดับฮอร์โมนที่สูงขึ้นในมนุษย์ยังไม่ชัดเจน
มีการคาดว่า เป็นการสร้างบุรุษภาพในสมอง เนื่องจากว่าอวัยวะอื่น ๆ ไม่เปลี่ยนแปลงอย่างสำคัญ
สมองเพศชายจะเกิดบุรุษภาพอาศัยกระบวนการ aromatization ที่เปลี่ยนเทสโทสเตอโรนให้เป็นเอสโทรเจน ซึ่งสามารถข้ามส่วนกั้นระหว่างเลือด-สมอง (blood-brain barrier) เข้าไปในสมอง เทียบกับทารกหญิงที่จะมีโปรตีน α-fetoprotein เข้ายึดกับเอสโทรเจน ทำให้สมองของหญิงไม่เปลี่ยนแปลง
แอนโดรเจนจะเพิ่มขึ้นอย่างมีผลก่อนวัยเริ่มเจริญพันธุ์ทั้งในหญิงชาย
ผลรวมทั้งกลิ่นตัวเหมือนผู้ใหญ่ ผิวหนังและผมมัน สิว การเกิดของขนหัวหน่าว ขนรักแร้ การเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว การเจริญเติบโตของกระดูกเป็นผู้ใหญ่ และขนที่ใบหน้า
ผลในวัยเริ่มเจริญพันธุ์จะเกิดเมื่อระดับแอนโดรเจนสูงกว่าระดับในหญิงผู้ใหญ่เป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปี
ในชาย นี้มักจะเกิดในช่วงหลัง ๆ และจะเกิดในหญิงหลังจากมีระดับเทสโทสเตอโรนอิสระในเลือดสูงเป็นระยะเวลานาน
ผลรวมทั้ง
การเจริญของเนื้อเยื่อที่ผลิตตัวอสุจิในอัณฑะ ภาวะเจริญพันธุ์ของชาย การขยายขนาดขององคชาตหรือปุ่มกระสัน การเพิ่มอารมณ์ทางเพศ และการแข็งตัวขององคชาตหรือการมีเลือดคั่งคัดในปุ่มกระสัน
การเติบโตของขากรรไกร หน้าผาก คาง จมูก และการเปลี่ยนรูปของกระดูกใบหน้า โดยทำงานสัมพันธ์กับ human growth hormone
การเจริญเติบโตของกระดูกจนถึงขนาดผู้ใหญ่และการหยุดโต
ซึ่งเกิดโดยอ้อมผ่านเมแทบอไลต์ของ estradiol (ซึ่งเป็นฮอร์โมนหญิงหลัก) และดังนั้น จะเกิดอย่างค่อย ๆ เป็นค่อย ๆ ไปในชายเทียบกับหญิง
กล้ามเนื้อจะเพิ่มขนาดและความแข็งแรง ไหล่จะใหญ่ขึ้นและซี่โครงขยายใหญ่ขึ้น เสียงแตก และลูกกระเดือกโตขึ้น
ต่อมไขมัน (sebaceous glands) จะขยายใหญ่ขึ้น
ซึ่งอาจทำให้เกิดสิว ไขมันใต้ผิวหนังบนใบหน้าจะลดลง
ขนหัวหน่าวจะขยายไปถึงต้นขาและไปทางสะดือ ขนใบหน้าจะเกิด (เช่น จอนผม หนวด เครา)
ผมจะบาง (androgenetic alopecia) ขนหน้าอก ขนรอบหัวนม ขนรอบทวารหนัก ขนขา และขนรักแร้ จะเพิ่ม
ผลของเทสโทสเตอโรนในผู้ใหญ่เห็นได้ชัดในชายมากกว่าหญิง แต่น่าจะสำคัญต่อทั้งสองเพศ
ผลอาจลดลงเมื่อระดับเทสโทสเตอโรนลดลงตามอายุ
เทสโทสเตอโรนจำเป็นในการสร้างตัวอสุจิโดยปกติ
เพราะมันออกฤทธิ์ต่อ Sertoli cell ซึ่งกระตุ้นให้เซลล์ต้นกำเนิดตัวอสุจิ (spermatogonia) ซึ่งเป็นเซลล์สืบพันธุ์ที่ยังไม่แตกต่างให้เกิดความแตกต่าง
และเป็นตัวควบคุมการตอบสนองแบบฉับพลันของเขตสมองคือแกนไฮโปทาลามัส-พิทูอิทารี-อะดรีนัล (HPA) เมื่อมีการแข่งสถานะทางสังคม
แอนโดรเจนรวมทั้งเทสโทสเตอโรนจะเพิ่มการเจริญเติบโตของกล้ามเนื้อ
เทสโทสเตอโรนยังควบคุมการมีตัวรับ thromboxane A ของเซลล์ megakaryocyte ซึ่งอยู่ในไขกระดูกและทำหน้าที่ผลิตเกล็ดเลือด และควบคุมตัวเกล็ดเลือดเอง ดังนั้น จึงควบคุมการแข็งตัวของเลือดในมนุษย์ด้วย
เทสโทสเตอโรนดูจะไม่เพิ่มความเสี่ยงมะเร็งต่อมลูกหมาก
แต่ว่า สำหรับคนไข้มะเร็งต่อมลูกหมากที่ผ่านการรักษา testosterone deprivation therapy ซึ่งใช้ยาเพื่อไม่ให้ผลิตแอนโดรเจน การมีระดับเทสโทสเตอโรนที่สูงกว่าระดับที่ถูกตอนมีหลักฐานว่า เพิ่มอัตราการกระจายตัวของมะเร็งต่อมลูกหมากที่มี
ผลงานวิจัยขัดแย้งกันเรื่องความสำคัญของเทสโทสเตอโรนต่อสุขภาพของหลอดเลือดและหัวใจ
อย่างไรก็ดี การธำรงระดับปกติในชายสูงอายุมีหลักฐานว่า ช่วยปรับปรุงด้าน ๆ ต่างที่เชื่อว่า ลดความเสี่ยงโรคหลอดเลือดและหัวใจ เช่น มีดัชนีมวลกายที่ดีกว่า ลดไขมันรอบพุง ลดระดับคอเลสเตอรอล และมีเมแทบอลิซึมของน้ำตาลที่ดีกว่า
ในหญิง ระดับแอนโรเจนที่สูงสัมพันธ์กับการมีประจำเดือนไม่สม่ำเสมอทั้งในกลุ่มคนไข้และกลุ่มประชากรปกติ
เมื่อน้ำอสุจิที่ประกอบด้วยเทสโทสเตอโรนและเอ็นดอร์ฟินหลั่งออกไปกระทบกับผนังคอมดลูกหลังจากมีเพศสัมพันธ์ หญิงจะได้รับเทสโทสเตอโรน เอ็นดอร์ฟิน และออกซิโทซินเพิ่ม
เป็นการปรับปรุงสิ่งแวดล้อมทางสรีรภาพของอวัยวะเพศภายในของหญิงให้ดียิ่งขึ้นเพื่อการตั้งครรภ์ และต่อจากนั้น เพื่อบำรุงรักษาทารกในครรภ์ในช่วงก่อนเป็นตัวอ่อน (pre-embryonic stage)
ส่วนชายเมื่อถึงจุดสุดยอดจะได้เอ็นดอร์ฟินและออกซิโทซินเพิ่ม ทำให้รู้สึกรักใคร่และรู้สึกเหมือนพ่อ ซึ่งเป็นช่วงเวลาเดียวที่ชายมีออกซิโทซินในระดับที่แข่งกับหญิงได้
ระดับเทสโทสเตอโรนในกายจะเป็นไปตามจังหวะรอบวันที่ถึงจุดสูงสุดแต่ละวัน ไม่ว่าจะมีกิจกรรมทางเพศหรือไม่
ความเสียวสุดยอดทางเพศของหญิงที่รู้สึกผ่อนคลายเป็นหลักมีสหสัมพันธ์กับระดับเทสโทสเตอโรน
แต่ว่า ความเสียวสุดยอดของชายไม่มีสหสัมพันธ์กับระดับเทสโทสเตอโรน และก็ไม่มีสหสัมพันธ์ระหว่างระดับเทสโทสเตอโรนกับ sexual assertiveness ทั้งในชายหญิง
ในหญิง อารมณ์ทางเพศและการสำเร็จความใคร่ด้วยตนเองจะเพิ่มความเข้มข้นของเทสโทสเตอโรนเล็กน้อย
เทียบกับชาย ที่ระดับสเตอรอยด์ต่าง ๆ ในเลือดรวมทั้งระดับเทสโทสเตอโรน จะสูงขึ้นอย่างสำคัญ
งานศึกษาแสดงว่า ระดับอารมณ์เพศในหนูไวต่อการลดระดับเทสโทสเตอโรน
เมื่อหนูที่ขาดเทสโทสเตอโรนได้ฮอร์โมนในระดับกลาง ๆ พฤติกรรมทางเพศ (การร่วมเพศ เพื่อนที่ชอบ เป็นต้น) ก็จะกลับมาเหมือนเดิม แต่จะไม่เป็นเช่นนี้ถ้าได้ในระดับน้อย ๆ
ดังนั้น สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเช่นนี้อาจเป็นแบบจำลองเพื่อศึกษาประชากรคนไข้มนุษย์ที่ขาดอารมณ์ทางเพศ เช่น hypoactive sexual desire disorder
ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทุกชนิดที่ตรวจสอบ ระดับเทสโทสเตอโรนของตัวผู้จะสูงขึ้นเมื่อเจอตัวเมีย "ใหม่"
การเพิ่มฮอร์โมนเป็นรีเฟล็กซ์ในหนูหริ่งตัวผู้ สัมพันธ์กับระดับอารมณ์เพศที่มีในเบื้องต้น
ในสัตว์อันดับวานรที่ไม่ใช่มนุษย์ เทสโทสเตอโรนในวัยเริ่มเจริญพันธุ์อาจกระตุ้นให้มีอารมณ์เพศ ซึ่งทำให้ลิงหาประสบการณ์ทางเพศกับตัวเมียมากขึ้น และดังนั้น ก็จะทำให้ชอบใจในตัวเมีย
งานวิจัยยังแสดงด้วยว่า ถ้ากำจัดเทสโทสเตอโรนออกจากระบบของชายผู้ใหญ่ หรือวานรตัวผู้ที่โตแล้ว ความต้องการทางเพศจะลดลง แต่จะไม่ลดสมรรถภาพในกิจกรรมทางเพศ (รวมทั้งขึ้นขี่ หลั่งน้ำอสุจิ เป็นต้น)
งานศึกษาแสดงว่าระดับเทสโทสเตอโรนของหนูตัวผู้จะเพิ่มขึ้นตอบสนองต่อสิ่งเร้าที่เคยเป็นกลางมาก่อนหลังจากฝึก (conditioned) ให้ตอบสนองทางเพศ
โดยทำให้เกิดรีเฟล็กซ์ที่องคชาต (เช่น การแข็งตัวและการหลั่งอสุจิ)
ซึ่งทฤษฎีการแข่งขันของตัวอสุจิ (Sperm competition theory) อธิบายว่า ช่วยผลิตตัวอสุจิที่มีโอกาสชนะสูงขึ้น ทำให้มีโอกาสสูงขึ้นในการสืบพันธุ์ ในเมื่อหนูตัวผู้มากกว่าหนึ่งตัวผสมพันธุ์กับตัวเมีย
ในชาย ระดับเทสโทสเตอโรนที่สูงขึ้นสัมพันธ์กับกิจกรรมทางเพศ
ในชายรักต่างเพศ ฮอร์โมนก็จะสูงขึ้นด้วยแม้เพียงแค่คุยกับผู้หญิงระยะสั้น ๆ
และระดับเทสโทสเตอโรนที่สูงขึ้นในชายก็จะสัมพันธ์กับระดับที่ผู้หญิงรู้สึกว่าผู้ชายกำลังพยายามทำให้เธอประทับใจ
ชายที่ดูหนังโป๊จะมีระดับเทสโทสเตอโรนสูงขึ้นโดยเฉลี่ย 35% โดยถึงขีดสูงสุดที่ 60-90 นาทีหลังจากหนังจบลง แต่ปรากฏการณ์นี้ไม่พบในชายที่ดูหนังที่ไม่มีเรื่องเซ็กซ์
นอกจากนั้นแล้ว ชายที่ดูหนังโป๊ยังรายงานว่า มีกำลังใจเพิ่มขึ้น ต้องการแข่งขันเพิ่มขึ้น และหมดแรงน้อยลง
ความผ่อนคลายที่เกิดหลังอารมณ์เพศก็สัมพันธ์กับระดับเทสโทสเตอโรนด้วย
ระดับเทสโทสเตอโรนซึ่งเป็นฮอร์โมนที่มีผลต่อพฤติกรรมทางเพศของชาย จะขึ้นอยู่ว่าได้กลิ่นหญิงที่ตกไข่หรือหญิงที่ไม่ตกไข่
ชายที่ได้กลิ่นหญิงผู้กำลังตกไข่จะธำรงระดับเทสโทสเตอโรนสม่ำเสมอในระดับที่สูงกว่าชายที่ได้กลิ่นหญิงที่ไม่ตกไข่
ดังนั้น ทั้งระดับเทสโทสเตอโรนและอารมณ์เพศของชาย จะขึ้นอยู่กับวงจรทางฮอร์โมนของหญิง
นี่เป็นเรื่องที่อาจสัมพันธ์กับสมมติฐานการเปลี่ยนแปลงเหตุการตกไข่ (ovulatory shift hypothesis)
ที่อ้างว่า ผู้ชายปรับตัวให้ตอบสนองต่อวงจรการตกไข่ของหญิงโดยจะรู้ว่า เมื่อไรหญิงเจริญพันธุ์มากที่สุด และผู้หญิงจะสืบหาผู้ชายที่ชอบใจเมื่อถึงจุดที่เจริญพันธุ์มากที่สุด
ซึ่งฮอร์โมนอาจเป็นตัวขับเคลื่อนพฤติกรรมของทั้งสอง
ชายที่มีขีดเริ่มเปลี่ยนอารมณ์เพศต่ำกว่ามีโอกาสใส่ใจในเรื่องเพศสูงกว่า
และเทสโทสเตอโรนอาจทำงานโดยเพิ่มความใส่ใจในสิ่งเร้าที่อยู่ในประเด็น
แอนโดรเจนอาจจะคุมลักษณะทางกายภาพของเนื้อเยื่อในช่องคลอด และมีส่วนในความตื่นตัวทางเพศของอวัยวะเพศหญิง
ระดับเทสโทสเตอโรนของหญิงจะสูงกว่าเมื่อวัดก่อนมีเพศสัมพันธ์เทียบกับก่อนนอนกอดกัน และเมื่อวัดหลังมีเพศสัมพันธ์เทียบกับหลังจากนอนกอดกัน
แต่หลังจากให้เทสโทสเตอโรน จะใช้เวลาบ้างก่อนอวัยวะเพศจะตื่นตัว
นอกจากนั้นแล้ว อวัยวะเพศที่ตื่นตัวอาจรู้สึกไวกว่าและทำให้มีพฤติกรรมทางเพศมากกว่า
ถ้าหญิงมีระดับพื้นฐาน (baseline) ของเทสโทสเตอโรนที่สูงกว่า ก็จะมีความตื่นตัวทางเพศมากกว่า แต่ก็มีระดับเทสโทสเตอโรนที่เพิ่มขึ้นน้อยกว่า ซึ่งแสดงว่า อาจจะมีขีดสูงสุดที่เทสโทสเตอโรนจะมีผลในหญิง
การคิดเรื่องเพศยังเปลี่ยนระดับเทสโทสเตอโรนในหญิงด้วย แต่ไม่เปลี่ยนระดับคอร์ติซอล (ฮอร์โมนเครียด) ดังนั้น ยาคุมกำเนิดโดยฮอร์โมนอาจมีผลต่อระดับเทสโทสเตอโรนที่เป็นการตอบสนองต่อความคิดทางเพศ
เทสโทสเตอโรนอาจมีประสิทธิผลต่อโรคความตื่นตัวทางเพศของหญิง (female sexual arousal disorder)
โดยมียาแบบแผ่นแปะผิวหนัง
แม้จะไม่มีสูตรยาแอนโดรเจนที่องค์การอาหารและยาสหรัฐ (FDA) อนุมัติให้ใช้รักษาการขาดแอนโดรเจน
แต่ว่า แพทย์ก็ยังสามารถสั่งยานอกป้ายเพื่อรักษาการมีอารมณ์เพศต่ำ หรืออวัยวะเพศไม่ทำงานในหญิงสูงอายุ
และการให้เทสโทสเตอโรนรักษาหญิงวัยทองก็ใช้ได้ตราบที่ได้เอสโทรเจนไปด้วย
ความรักจะลดระดับเทสโทสเตอโรนในชายในขณะที่เพิ่มระดับในหญิง
ซึ่งคาดว่า เป็นความเปลี่ยนแปลงชั่วคราวเพื่อลดความแตกต่างทางพฤติกรรมระหว่างเพศ
แต่ว่า ก็มีการเสนอว่า หลังจากระยะฮันนีมูนประมาณ 1-3 ปี ในความสัมพันธ์ ระดับเทสโทสเตอโรนที่เปลี่ยนไปจะกลับคืนสู่สภาพเดิม
ชายที่ผลิตเทสโทสเตอโรนน้อยกว่า มีโอกาสมีความสัมพันธ์กับคู่รักสูงกว่า
และ/หรือแต่งงาน
และชายที่ผลิตเทสโทสเตอโรนมากกว่ามีโอกาสหย่าสูงกว่า
แต่ว่า อะไรเป็นเหตุยังไม่สามารถกำหนดได้จากค่าสหสัมพันธ์ที่ปรากฏเช่นนี้
การแต่งงานหรือความสัมพันธ์แบบผูกขาดสามารถลดระดับเทสโทสเตอโรนได้ด้วย
ชายโสดที่ไม่มีประสบการณ์ด้านความสัมพันธ์มีระดับเทสโทสเตอโรนที่ต่ำกว่าชายที่มีประสบการณ์แล้ว
ซึ่งเสนอว่า ชายที่มีประสบการณ์จะมีสภาพการแข่งขันที่สูงกว่าผู้ไม่มีประสบการณ์
ชายที่มีคู่แล้วที่ทำกิจรักษาความสัมพันธ์เช่นใช้เวลาร่วมกับคู่หรือกับลูก มีระดับเทสโทสเตอโรนที่ไม่แตกต่างจากเวลาที่ไม่ทำกิจกรรมเช่นนี้
รวม ๆ กันแล้ว ผลแสดงว่า การมีกิจกรรมที่ต้องแข่งขันกัน ไม่ใช่กิจกรรมรักษาความสัมพันธ์ ที่สัมพันธ์กับความเปลี่ยนแปลงของระดับเทสโทสเตอโรน
ชายที่ผลิตเทสโทสเตอโรนมากกว่ามีโอกาสมีชู้มากกว่า
ระดับเทสโทสเตอโรนไม่ได้ขึ้นอยู่กับว่าคู่จะอยู่ใกล้ ๆ หรือไม่ (ไม่ว่าจะอยู่ในเมืองเดียวกันหรือต่างเมืองกัน) เพราะว่า ทั้งสองมีระดับเทสโทสเตอโรนไม่ต่างกัน
ส่วนในหญิง การมีคู่อยู่ใกล้ ๆ อาจจำเป็นในปฏิสัมพันธ์ระหว่างเทสโทสเตอโรน-คู่ คือ หญิงที่มีคู่อยู่ในเมืองเดียวกันมีระดับเทสโทสเตอโรนที่ต่ำกว่าหญิงที่มีคู่อยู่ต่างเมือง
ความเป็นพ่อยังลดระดับเทสโทสเตอโรนในชาย ซึ่งเแสดงว่าความเปลี่ยนแปลงทางอารมณ์และพฤติกรรมที่เกิดช่วยทำให้ดูแลลูก
เมื่อเด็กเป็นทุกข์ ความเปลี่ยนแปลงของระดับเทสโทสเตอโรนจะเป็นตัวบอกลักษณะของพ่อ
ถ้าระดับลดลง พ่อจะเห็นใจลูกมากกว่าพ่อที่ระดับเพิ่ม
ระดับเทสโทสเตอโรนยังมีบทบาทสำคัญในการเสี่ยงเมื่อต้องตัดสินใจเรื่องการเงิน
งานศึกษาโดยมากสนับสนุนความสัมพันธ์ระหว่างพฤติกรรมอาชญากรรมกับระดับเทสโทสเตอโรน แม้ว่าความสัมพันธ์จะจำกัดถ้าตรวจสอบแต่ละเพศต่างหาก ๆ
งานโดยมากพบว่า ระดับเทสโทสเตอโรนสัมพันธ์กับพฤติกรรมหรือลักษณะบุคลิกภาพที่สัมพันธ์กับอาชญากรรม เช่น พฤติกรรมต่อต้านสังคมและการติดเหล้า
งานจำนวนมากตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างพฤติกรรมหรือความรู้สึกดุเทียบกับเทสโทสเตอโรน โดยงานครึ่งหนึ่งพบว่า มีความสัมพันธ์ แต่อีกครึ่งก็ไม่พบ
งานศึกษาเกือบทั้งหมดพบว่า พฤติกรรมอาชญากรรมของเด็กไม่สัมพันธ์กับระดับเทสโทสเตอโรน
เทสโทสเตอโรนเป็นปัจจัยเพียงอย่างเดียวในหลาย ๆ ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อความดุ และประสบการณ์ในอดีตหรือสิ่งเร้าในสิ่งแวดล้อมก็มีค่าสหสัมพันธ์ที่มีกำลังกว่า
งานศึกษา 2-3 งานพบว่า สารอนุพันธุ์ของเทสโทสเตอโรน คือ estradiol (ซึ่งเป็นเอสโทรเจนชนิดหนึ่ง) อาจมีบทบาทสำคัญในความดุของชาย
ยังมีงานศึกษาที่พบว่า เทสโทสเตอโรนอำนวยความดุโดยควบคุมตัวรับ vasopressin ในเขตสมองไฮโปทาลามัส
ฮอร์โมนทางเพศบางกรณีอาจสนับสนุนให้ประพฤติอย่างยุติธรรม
งานศึกษาปี 2553 ให้ผู้ร่วมการทดลองหญิงต่อรองแบ่งเงินที่มีจริง ๆ โดยเป็นเกมการทดลองทางเศรษฐศาสตร์ที่เรียกว่า Ultimatum (ข้อเสนอขาด)
ที่ให้ฝ่ายหนึ่งเสนอแบ่งเงิน โดยทำได้ทั้งแบบยุติธรรมและไม่ยุติธรรมโดยเป็นข้อเสนอขาด
ซึ่งอีกฝ่ายหนึ่งอาจจะยอมรับหรือปฏิเสธก็ได้
ยิ่งเสนอแบ่งให้ยุติธรรมเท่าไร ก็มีโอกาสน้อยลงที่อีกฝ่ายหนึ่งจะปฏิเสธเท่านั้น
ถ้าอีกฝ่ายหนึ่งปฏิเสธข้อเสนอ ทั้งสองฝ่ายก็จะไม่ได้อะไร
ผู้ร่วมการทดลองที่เสริมระดับเทสโทสเตอโรนให้สูงขึ้นโดยทั่วไปเสนอการแบ่งที่ดีกว่า ยุติธรรมกว่า ผู้ที่ได้ยาหลอก และดังนั้น ลดความเสี่ยงการถูกปฏิเสธจนน้อยที่สุด
งานศึกษาต่อมาที่ใช้เกมการทดลองอีกอย่างหนึ่ง (public goods game) ยืนยันผลเช่นนี้สำหรับหญิงในระดับหนึ่ง
แต่งานปี 2552 ที่ศึกษาใช้เกมเดียวกันกลับพบว่า ชายที่มีเทสโทสเตอโรนสูงใจดีน้อยกว่า 27% และชายที่มีเทสโทสเตอโรนต่ำสุดใจดีกว่า 560%
งานวิจัยปี 2547 พบว่าวัยรุ่นที่ใช้สเตอรอยด์เพื่อสร้างกล้ามเนื้อ (anabolic steroid) ซึ่งเพิ่มระดับเทสโทสเตอโรน สัมพันธ์กับความรุนแรงที่เพิ่มขึ้น
งานศึกษาอื่นยังพบว่า การให้เทสโทสเตอโรนเพิ่มความก้าวร้าวทางคำพูดและความโกรธแก่ผู้ร่วมการทดลองบางคน
เทสโทสเตอโรนมีสหสัมพันธ์อย่างสำคัญกับความดุและพฤติกรรมแข่งขัน
โดยมีทฤษฎี 2 อย่างที่อธิบายเรื่องนี้
ทฤษฎีแรกคือสมมติฐานการท้าทาย (challenge hypothesis) ซึ่งอ้างว่า เทสโทสเตอโรนจะเพิ่มขึ้นในวัยเริ่มเจริญพันธุ์ เพื่ออำนวยพฤติกรรมการสืบพันธุ์และการแข่งขัน ซึ่งรวมความดุด้วย
ดังนั้น จึงเป็นการแข่งขันท้าทายในสัตว์ตัวผู้ที่อำนวยให้เกิดความดุและความรุนแรง
งานศึกษายังพบสหสัมพันธ์โดยตรงระหว่างระดับเทสโทสเตอโรนกับสถานะทางสังคม โดยเฉพาะในกลุ่มอาชญากรรุนแรงที่สุดในคุกผู้มีระดับเทสโทสเตอโรนสูงสุด
งานเดียวกันยังพบว่า พ่อ (ที่ไม่อยู่ในการแข่งขันแล้ว) มีระดับเทสโทสเตอโรนต่ำสุดเทียบกับชายอื่น ๆ
ทฤษฎีที่สอง คือ "evolutionary neuroandrogenic (ENA) theory of male aggression"
อ้างว่า เทสโทสเตอโรนและฮอร์โมนแอนโดรเจนอื่น ๆ มีวิวัฒนาการเพื่อสร้างบุรุษภาพในสมองเพื่อให้มีลักษณะช่างแข่งขัน แม้ถึงกระทั่งเสี่ยงความบาดเจ็บต่อตนเองและผู้อื่น
ดังนั้น บุคคลที่มีภาวะสมองเช่นนั้นโดยเป็นผลของระดับเทสโทสเตอโรนและแอนโดรเจนทั้งก่อนคลอดและเมื่อเป็นผู้ใหญ่ จะสามารถหาทรัพยากรได้เพิ่มขึ้น และดึงดูดความสนใจและผสมพันธุ์กับคู่ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
การปรับสภาพสมองเช่นนี้ไม่ใช่อำนวยโดยระดับเทสโทสเตอโรนเมื่อเป็นผู้ใหญ่เท่านั้น แต่รวมการได้รับเทสโทสเตอโรนเมื่อเป็นทารกในครรภ์ด้วย
ระดับเทสโทสเตอโรนที่ได้ก่อนคลอดซึ่งระบุโดยอัตราส่วนความยาวระหว่างนิ้วชี้กับนิ้วนางที่ต่ำ
และที่ได้เมื่อเป็นผู้ใหญ่ เพิ่มความเสี่ยงการทำฟาวล์หรือมีพฤติกรรมดุสำหรับนักฟุตบอลชาย
ยังมีงานศึกษาอื่นอีกที่พบว่าการได้เทสโทสเตอโรนระดับสูง หรือมีอัตราส่วนความยาวนิ้วที่น้อยกว่า มีสหสัมพันธ์กับความดุมากกว่าในชาย
ระดับเทสโทสเตอโรนที่สูงขึ้นในการแข่งขันเป็นตัวพยากรณ์ความดุในชาย แต่ไม่เป็นในหญิง
ผู้ร่วมการทดลองที่มีปฏิสัมพันธ์กับปืนสั้นและเกมทดลองอย่างหนึ่ง มีระดับเทสโทสเตอโรนและความดุที่สูงขึ้น
การคัดเลือกโดยธรรมชาติอาจวิวัฒนาการให้ชายไวต่อสถานการณ์แข่งขันหรือที่ท้าทายสถานะทางสังคมมากกว่า และการทำงานของเทสโทสเตอโรนเป็นองค์ประกอบสำคัญในพฤติกรรมดุในสถานการณ์เหล่านั้น
เทสโทสเตอโรนทำให้ดุโดยออกฤทธิ์ให้เขตใต้เปลือกสมอง (subcortical) ทำงาน ซึ่งอาจจะมีการยับยั้งภายใต้สถานการณ์ทางสังคมหรือทางครอบครัว และปรากฏในระดับต่าง ๆ ผ่านความคิด ความโกรธ ความดุร้ายทางวาจา การแข่งขัน การแข่งสถานะทางสังคม และความรุนแรงทางกาย
เทสโทสเตอโรนอำนวยให้ใส่ใจในเรื่องโหดร้ายและรุนแรง เช่น สนับสนุนให้ดูสิ่งเร้าที่รุนแรงนานขึ้น
ลักษณะปรากฏ (phenotype) ในโครงสร้างสมองที่เกี่ยวกับเทสโทสเตอโรนโดยเฉพาะ สามารถพยากรณ์พฤติกรรมดุในบุคคลตั้งแต่เด็กจนถึงผู้ใหญ่
estradiol มีสหสัมพันธ์กับความดุของหนูหริ่งตัวผู้
นอกจากนั้นแล้ว การเปลี่ยนเทสโทสเตอโรนไปเป็น estradiol ยังควบคุมความดุของนกกระจอกตัวผู้ในฤดูผสมพันธุ์
หนูที่ได้สเตอรอย์อะนาบอลิค (anabolic) ซึ่งเพิ่มระดับเทสโทสเตอโรนยังดุมากกว่าเมื่อล่อ เพราะ "ไวต่อการคุกคาม"
การแบ่งเพศมีผลต่อสมองด้วย
เพราะว่า เอนไซม์ aromatase จะเปลี่ยนเทสโทสเตอโรนเป็น estradiol ซึ่งมีหน้าที่สร้างบุรุษภาพในสมองของหนูหริ่งตัวผู้
ในมนุษย์ การสร้างบุรุษภาพต่อสมองของทารกสัมพันธ์กับการมีตัวรับแอนโดรเจนที่ใช้งานได้ ตามงานศึกษาที่สังเกตความชอบใจทางเพศของคนไข้ที่ผิดปกติแต่กำเนิดในด้านการสร้างแอนโดรเจนหรือด้านการทำงานของตัวรับแอนโดรเจน
สมองของชายไม่เหมือนหญิง (อาจเพราะมีระดับเทสโทสเตอโรนที่ต่างกัน) อย่างหนึ่งก็คือขนาด คือสมองของชายโดยเฉลี่ยจะใหญ่กว่า
ชายปรากฏว่ามีใยประสาทที่มีปลอกหุ้มยาวถึง 176,000 กม. เมื่ออายุ 20 ปี เทียบกับของหญิงที่ยาว 149,000 กม. (น้อยกว่าประมาณ 15%)
การให้เทสโทสเตอโรนในขนาดที่มากกว่าร่างกายผลิต ไม่มีผลระยะสั้นโดยตรงต่อพื้นอารมณ์หรือพฤติกรรม ของชายที่สุขภาพดี 43 คนเป็นเวลา 10 อาทิตย์
ระดับเทสโทสเตอโรนมีสหสัมพันธ์กับความกล้าเสี่ยงในการเลือกอาชีพของผู้หญิง
ความใส่ใจ ความจำ และสมรรถภาพด้านพื้นที่และทิศทาง (spatial ability) เป็นหน้าที่ทางการรู้คิดที่สำคัญที่เทสโทสเตอโรนมีอิทธิพลในมนุษย์
หลักฐานเบื้องต้นแสดงว่า ระดับเทสโทสเตอโรนที่ต่ำอาจเป็นปัจจัยเสี่ยงต่อความเสื่อมการรู้คิด และในที่สุดต่อภาวะสมองเสื่อมคล้ายกับโรคอัลไซเมอร์
ซึ่งเป็นหลักฐานหลักในการแพทย์ยืดชีวิต ที่จะใช้เทสโทสเตอโรนเพื่อชะลออายุ
หลักฐานโดยมากแสดงว่า มีความสัมพันธ์ระหว่างสมรรถภาพในเรื่องพื้นที่/ทิศทางกับระดับเทสโทสเตอโรนที่เวียนอยู่ในเลือด โดยเป็นฟังก์ชันเส้นโค้งหรือกำลังสอง
ที่การผลิตแอนโดรเจนทั้งเกินหรือขาด มีผลลบต่อระบบการรู้คิด
เหมือนกับฮอร์โมนแบบสเตอรอยด์อื่น ๆ เทสโทสเตอโรนสังเคราะห์มาจากคอเลสเตอรอล (ดูรูป)
ขั้นแรกในกระบวนการชีวสังเคราะห์ก็คือการแยก (ผ่านกระบวนการออกซิเดชัน) โซ่ข้างคอเลสเตอรอลด้วย cholesterol side-chain cleavage enzyme (P450scc, CYP11A1) ซึ่งเป็นเอนไซม์ cytochrome P450 oxidase ของไมโทคอนเดรีย โดยคอเลสเตอรอลจะเสียอะตอมคาร์บอน 6 อะตอมกลายเป็น pregnenolone
ขั้นต่อไป เอนไซม์ CYP17A1 (17α-hydroxylase/17,20-lyase) ในร่างแหเอนโดพลาซึมจะดึงเอาคาร์บอนอีก 2 อะตอมออก กลายเป็นสเตอรอยด์แบบ C หลายอย่าง
ต่อจากนั้น เอนไซม์ 3β-hydroxysteroid dehydrogenase จะเป็นตัวออกซิไดส์เปลี่ยนกลุ่ม 3β-hydroxyl ให้เป็น androstenedione
และในขั้นสุดท้ายที่เป็นตัวจำกัดอัตราการเปลี่ยน เอนไซม์ 17β-hydroxysteroid dehydrogenase จะเป็นตัวรีดิวซ์ androstenedione ซึ่งอยู่ในกลุ่ม C17 keto ให้เป็นเทสโทสเตอโรน
ในชาย เทสโทสเตอโรนโดยมาก (>95%) จะผลิตในอัณฑะ
และต่อมหมวกไตผลิตที่เหลือโดยมาก
ในหญิงซึ่งผลิตน้อยกว่ามาก เทสโทสเตอโรนจะสังเคราะห์โดยต่อมหมวกไต, thecal cells ของรังไข่, และรกระหว่างการตั้งครรภ์
ส่วน Leydig cell ในอัณฑะเป็นตัวผลิตฮอร์โมนโดยเฉพาะ
อ้ณฑะยังมี Sertoli cell ที่จำเป็นต้องได้เทสโทสเตอโรนเพื่อการสร้างสเปิร์ม
เหมือนกับฮอร์โมนโดยมาก เทสโทสเตอโรนจะส่งไปที่ที่ต้องการผ่านเลือด และส่งโดยยึดกับโปรตีนโดยเฉพาะในเลือด คือ sex hormone-binding globulin (SHBG)
ในชาย เทสโทสเตอโรนโดยมากสังเคราะห์ใน Leydig cell
ซึ่งจำนวนของเซลล์จะควบคุมโดยฮอร์โมน (ดูรูป) luteinizing hormone (LH) และ follicle-stimulating hormone (FSH)
นอกจากนั้นแล้ว ปริมาณเทสโทสเตอโรนที่ Leydig cell ผลิตจะอยู่ใต้การควบคุมของ LH ซึ่งควบคุมการแสดงออกของยีน 17β-hydroxysteroid dehydrogenase
ส่วนปริมาณเทสโทสเตอโรนที่ผลิตจะควบคุมโดย hypothalamic-pituitary-testicular axis (ดูรูป)
คือ เมื่อระดับเทสโทสเตอโรนต่ำ ไฮโปทาลามัสจะหลั่งฮอร์โมน gonadotropin-releasing hormone (GnRH) ซึ่งจกระตุ้นต่อมใต้สมองให้หลั่ง FSH และ LH ซึ่งก็จะกระตุ้นให้อัณฑะสังเคราะห์เทสโทสเตอโรน
และในที่สุด ระดับเทสโทสเตอโรนที่สูงขึ้นก็จะเป็นวงวนป้อนกลับแบบลบที่ออกฤทธิ์ให้ไฮโปทาลามัสและต่อมใต้สมองยับยั้งการหลั่ง GnRH แล้วก็ FSH/LH ตามลำดับ
ปัจจัยที่มีผลต่อระดับเทสโทสเตอโรนอาจรวมทั้ง
ในเลือด เทสโทสเตอโรน 98% จะยึดอยู่กับโปรตีน โดย 65% ยึดกับ sex hormone-binding globulin (SHBG) และ 33% ยึดอย่างอ่อน ๆ กับ human serum albumin
ระดับเทสโทสเตอโรนของชายผู้ใหญ่ (ที่เป็นอิสระหรือยึด) จะอยู่ที่ 10.4-24.3 nmol/L
เทียบกับในหญิงที่ 30-70 ng/dL
ทั้งเทสโทสเตอโรน และ 5α-DHT (Dihydrotestosterone) จะมีเมแทบอลิซึมโดยหลักในตับ
เทสโทสเตอโรนประมาณ 50% จะมีเมแทบอลิซึมแบบสังยุค (conjugation) ผ่านเอนไซม์ glucuronosyltransferase เป็น testosterone glucuronide และผ่าน sulfotransferase เป็น testosterone sulfate แม้ในระดับที่น้อยกว่า
เทสโทสเตอโรนอีก 40% จะผ่านเมแทบอลิซึมกับเอนไซม์ 5α-reductase, 5β-reductase, 3α-hydroxysteroid dehydrogenase และ 17β-HSD ตามลำดับกลายเป็น 17-ketosteroid คือ androsterone และ etiocholanolone ประมาณเท่า ๆ กัน
ซึ่งทั้งสองก็จะผ่านกระบวนการ glucuronidation และ (แม้จะน้อยกว่า) sulfation คล้ายกับของเทสโทสเตอโรน (ที่เรียกรวม ๆ ว่า กระบวนการ conjugation) ต่อไป
เทสโทสเตอโรนสังยุคและเมทาบอไลต์ก็จะหลั่งออกจากตับเข้าสู่ระบบหัวใจหลอดเลือด แล้วขับออกทางปัสสาวะและน้ำดี
มีเทสโทสเตอโรนแค่ 2% ที่ขับออกทางปัสสาวะโดยไม่เปลี่ยนแปลง
ในวิถีเมแทบอลิซึมของ 17-ketosteroid ในตับ เทสโทสเตอโรนจะเปลี่ยนด้วย 5α-reductase และ 5β-reductase เป็น Dihydrotestosterone คือ 5α-DHT และ 5β-DHT ที่ไม่มีฤทธิ์ตามลำดับ
แล้ว 3α-HSD ก็จะเปลี่ยน 5α-DHT และ 5β-DHT ไปเป็น 3α,5α-androstanediol และ 3α,5β-androstanediol ตามลำดับ
ต่อจากนั้น 17β-HSD ก็จะเปลี่ยน 3α,5α-androstanediol และ 3α,5β-androstanediol เป็น androsterone และ etiocholanolone ซึ่งก็จะผ่านกระบวนการ conjugation เป็นต้นเหมือนกับที่กล่าวด้านบน และขับออกจากร่างกาย
3β,5α-Androstanediol (epiandrosterone) และ 3β,5β-androstanediol (epietiocholanolone) ก็สามารถเกิดในวิถีเมแทบอลิซึมนี้ด้วยเมื่อ 3β-HSD (แทน 3α-HSD) ออกฤทธิ์ต่อ 5α-DHT และ 5β-DHT แล้วเปลี่ยนเป็น epiandrosterone และ epietiocholanolone ตามลำดับ
เทสโทสเตอโรนประมาณ 3% ในตับจะเปลี่ยนด้วย 17β-HSD ไปเป็น 4-androstenedione อย่างผันกลับได้
นอกจากกระบวนการ conjugation และ วิถีเมแทบอลิซึม 17-ketosteroid แล้ว เทสโทสเตอโรนยังสามารถผ่านกระบวนการ hydroxylation และ oxidation โดยใช้เอนไซม์ cytochrome P450 ในตับ รวมทั้ง CYP3A4, CYP3A5, CYP2C9, CYP2C19, และ CYP2D6
โดยมี 6β-Hydroxylation และ (แม้น้อยกว่า) 16β-hydroxylation เป็นกระบวนการเปลี่ยนรูปหลัก
กระบวนการ 6β-hydroxylation ของเทสโทสเตอโรนมีเอนไซม์หลักเป็น CYP3A4 และ (แม้น้อยกว่า) CYP3A5 โดยเป็นกระบวนการเมแทบอลิซึมของเทสโทสเตอโรนในระบบ cytochrome P450 ถึง 75-80%
นอกเหนือไปจาก 6β-hydroxytestosterone และ 16β-hydroxytestosterone เมแทบอไลต์ย่อยอื่น ๆ ที่ได้รวมทั้ง 1β-hydroxytestosterone,
2α/β-hydroxytestosterone, 11β-hydroxytestosterone, และ 15β-hydroxytestosterone
เอนไซม์ cytochrome P450 บางอย่างเช่น CYP2C9 และ CYP2C19 ยังสามารถเติมออกซิเจนให้กับเทสโทสเตอโรนที่ตำแหน่ง C17 เพื่อสร้าง androstenedione
เมแทบอไลต์โดยตรงจากเทสโทสเตอโรน คือ 5α-DHT และ estradiol มีฤทธิ์สำคัญทางชีวภาพ และสามารถสร้างทั้งในตับและนอกตับ
5α-reductase จะเปลี่ยนเทสโทสเตอโรนประมาณ 5-7% ไปเป็น 5α-DHT โดยมีความเข้มข้นในเลือดที่ 10% ของเทสโทสเตอโรน และ aromatase จะเปลี่ยนเทสโทสเตอโรนประมาณ 0.3% เป็น estradiol
5α-Reductase มีการแสดงออกมากในระบบสืบพันธุ์ของชาย รวมทั้งที่ต่อมลูกหมาก ถุงพักน้ำอสุจิ (seminal vesicle) และที่หลอดเก็บอสุจิ (epididymides)
ตลอดจนถึงผิวหนัง ปุ่มรากผม (hair follicle) และสมอง
ส่วน aromatase จะแสดงออกมากในเซลล์ไขมัน กระดูก และสมอง
เทสโทสเตอโรนถึง 90% เปลี่ยนเป็น 5α-DHT ในเนื้อเยื่อ "androgenic" ที่มีระดับการแสดงออกของ 5α-reductase สูง
และเนื่องจาก 5α-DHT เป็นตัวทำการของตัวรับแอนโดรเจน (AR agonist) ที่มีฤทธิ์แรงกว่าเทสโทสเตอโรนเป็นหลายเท่า
จึงมีการประเมินว่า ผลของเทสโทสเตอโรนจะขยายเป็น 2-3 เท่าในเนื้อเยื่อเช่นนี้
เทสโทสเตอโรนในมนุษย์และสัตว์มีกระดูกสันหลังอื่น ๆ ออกฤทธิ์ผ่านกลไกหลายอย่าง คือ ออกฤทธิ์ต่อตัวรับแอนโดรเจน (androgen receptor ตัวย่อ AR โดยตรงหรือโดยเป็น DHT) ซึ่งเป็นตัวรับในนิวเคลียส (nuclear receptor) และการแปรเป็น estradiol แล้วออกฤทธิ์ต่อตัวรับเอสโทรเจนบางอย่างทั้งในนิวเคลียสและบนเยื่อหุ้มเซลล์
แอนโดรเจนเช่นเทสโทสเตอโรนยังยึดและออกฤทธิ์ต่อ membrane androgen receptor ซึ่งเป็นตัวรับที่เยื่อหุ้มเซลล์ อีกด้วย
เทสโทสเตอโรนที่เป็นอิสระ (T) จะส่งเข้าไปยังไซโทพลาซึมของเซลล์เป้าหมาย ที่มันสามารถเข้ายึดกับ AR แล้วรีดิวซ์เป็น 5α-dihydrotestosterone (DHT) โดยเอนไซม์ในไซโทพลาสซึมคือ 5α-reductase
และเพราะ DHT จะเข้ายึดกับ AR เดียวกันแรงยิ่งกว่าเทสโทสเตอโรน ดังนั้น จึงมีฤทธิ์ทางแอนโดรเจนมากกว่าถึง 5 เท่า ของ T
ตัวรับเทสโทสเตอโรนหรือคอมเพล็กซ์รับ DHT จะเปลี่ยนรูป ทำให้มันสามารถเข้าไปในนิวเคลียสของเซลล์ และเข้ายึดกับลำดับนิวคลีโอไทด์โดยเฉพาะ ๆ บนโครโมโซมของดีเอ็นเอ
จุดที่เข้ายึดเรียกว่า hormone response element (HREs) และมีอิทธิพลต่อการถอดรหัสยีนบางอย่าง ซึ่งเป็นผลที่ปรากฏของแอนโดรเจน
AR เกิดในระบบต่าง ๆ มากมายในร่างกายของสัตว์มีกระดูกสันหลัง และทั้งชายหญิงตอบสนองเช่นเดียวกันที่ฮอร์โมนระดับเดียวกัน
ปริมาณเทสโทสเตอโรนที่ต่าง ๆ กันมากในช่วงก่อนคลอด ช่วงวัยเริ่มเจริญพันธุ์ และตลอดชีวิต สามารถอธิบายความแตกต่างระหว่างเพศของหญิงชาย
กระดูกและสมองเป็นเนื้อเยื่อสำคัญสองอย่างในมนุษย์ที่ผลหลักของเทสโทสเตอโรนจะเกิดผ่านกระบวนการ aromatization แล้วเปลี่ยนเป็น estradiol
โดยในกระดูก estradiol จะเร่งให้กระดูกอ่อนเปลี่ยนเป็นกระดูกแข็ง ทำให้ epiphysis ปิดและถึงจุดอวสานของการเจริญเติบโตของกระดูก
ในระบบประสาทกลาง เทสโทสเตอโรนก็จะผ่านกระบวนการ aromatization แล้วเปลี่ยนเป็น estradiol เหมือนกัน
ซึ่ง (ไม่ใช่เทสโทสเตอโรน) ทำหน้าที่เป็นสัญญาณป้อนกลับที่สำคัญที่สุดต่อไฮโปทาลามัส (โดยเฉพาะในการหลั่งฮอร์โมน luteinizing hormone)
ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมากมาย เอสโทรเจนที่ทำจากเทสโทสเตอโรนจะเป็นตัวทำบุรุษภาพของส่วนสมองที่ต่างกันระหว่างเพศ ทั้งในช่วงก่อนคลอดและใกล้ ๆ คลอด จึงเป็นตัวกำหนดพฤติกรรมทางเพศของชายต่อมา
แพทย์ใช้เทสโทสเตอโรนเป็นยารักษาชายที่ผลิตเทสโทสเตอโรนน้อยเกินไปหรือไม่ผลิตเลย และโรคมะเร็งเต้านมบางอย่าง
ซึ่งเรียกว่า hormone replacement therapy (HRT) หรือ testosterone replacement therapy (TRT) และธำรงระดับเทสโทสเตอโรนในเลือดให้อยู่ในพิสัยปกติ
ส่วนปัญหาการผลิตเทสโทสเตอโรนที่น้อยลงตามอายุทำให้เกิดความสนใจใน androgen replacement therapy (การบำบัดโดยการแทนที่แอนโดรเจน)
แต่ก็ยังไม่ชัดเจนว่า การใช้เทสโทสเตอโรนในระดับต่ำเนื่องจากอายุจะมีผลดีหรือผลเสีย
เทสโทสเตอโรนอยู่ในรายการยาที่จำเป็นขององค์การอนามัยโลก ซึ่งเป็นยาที่สำคัญที่สุดในระบบสาธารณสุขพื้นฐาน
เป็นยาที่ผลิตได้ทั่วไปโดยไม่มีสิทธิบัตร
โดยราคาจะขึ้นอยู่กับรูปแบบของยา
ซึ่งสามารถใช้เป็นครีมทา แผ่นแปะผิวหนัง ฉีดเข้าในกล้ามเนื้อ ยาทาที่แก้ม หรือยาทาน
ผลข้างเคียงสามัญของเทสโทสเตอโรนรวมทั้งมีสิว บวม และเต้านมโตในชาย
ผลข้างเคียงรุนแรงที่อาจมีรวมการเป็นพิษต่อตับ โรคหัวใจ และความเปลี่ยนแปลงทางพฤติกรรม
หญิงหรือเด็กที่ได้ยา (โดยตั้งใจหรือบังเอิญ) อาจเกิดบุรุษภาพ
ไม่แนะนำให้บุคคลที่มีมะเร็งต่อมลูกหมากใช้ยา
และยาอาจมีผลเสียในช่วงการตั้งครรภ์หรือการให้นมลูก
สัตว์มีกระดูกสันหลังโดยมากมีเทสโทสเตอโรน
เทสโทสเตอโรนและตัวรับแอนโดรเจนซึ่งอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ปรากฏเริ่มแรกในสัตว์มีกระดูกสันหลังมีขากรรไกใน Infraphylum คือ "Gnathostomata" (jawed vertebrates)
ส่วนสัตว์มีกระดูกสันหลังไม่มีขากรรไก (Agnathan) เช่น ปลาแลมป์เพรย์ทะเลไม่ผลิตเทสโทสเตอโรน แต่ใช้ 4-androstenedione เป็นฮอร์โมนเพศชาย
ส่วนปลาผลิตฮอร์โมนที่ต่างกันเล็กน้อยที่เรียกว่า 11-ketotestosterone
ส่วนสิ่งที่คล้ายกันในแมลงก็คือ ecdysone
การมีสเตอรอยด์ดาษดื่นอย่างนี้ในสัตว์ต่าง ๆ แสดงว่า ฮอร์โมนเพศมีประวัติทางวิวัฒนาการที่ยาวนาน
องค์ประกอบในเลือดได้ปรากฏว่ามีฤทธิ์ต่อการทำงานของอัณฑะ เป็นองค์ประกอบที่ปัจจุบันเข้าใจว่าเป็นกลุ่มฮอร์โมนเพศชาย (androgenic hormone) เนื่องจากงานเกี่ยวกับการตอนและการปลูกถ่ายอัณฑะในเป็ดไก่ของ นพ. Arnold Adolph Berthold (พ.ศ. 2346-2404)
งานเกี่ยวกับฤทธิ์ของเทสโทสเตอโรนได้แรงสนับสนุนในปี 2432 เมื่อศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด Charles-Édouard Brown-Séquard (พ.ศ. 2360-2437) ฉีดตัวเองใต้ผิวหนังด้วย "ยาอายุวัฒนะ" (rejuvenating elixir) ซึ่งกลั่นมาจากอัณฑะของสุนัขและหนูตะเภา
เขารายงานในวารสารการแพทย์ "The Lancet" ว่า เขากลับรู้สึกกระฉับกระเฉงและอยู่เป็นสุขอีก แต่ว่าผลอยู่เพียงชั่วคราว
ดังนั้น ความหวังของเขากับยาที่ว่าจึงหมดไป
เมื่อถูกเยาะเย้ยโดยเพื่อนร่วมอาชีพ เขาจึงทิ้งงานในเรื่องกลไกและผลของแอนโดรเจนในมนุษย์
ในปี 2470 ศาสตราจารย์แผนกเคมีทางสรีรภาพแห่งมหาวิทยาลัยชิคาโก Fred C. Koch ได้แหล่งอัณฑะวัวแหล่งใหญ่ คือ คอกปศุสัตว์แห่งชิคาโก แล้วรับสมัครนักเรียนที่สามารถอดทนทำงานที่น่าเบื่อในการสกัดสารจากมัน
ในปีนั้น ศ. กับนักศึกษาคนหนึ่งคือ Lemuel McGee สกัดสาร 20 มก. จากอัณฑะวัวรวมกันหนัก 40 ปอนด์ ที่เมื่อฉีดให้กับไก่แจ้ หมู และหนูที่ถูกตอน กลับสร้างบุรุษภาพในพวกมันอีก
มีอีกกลุ่มหนึ่งที่มหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัมที่สกัดเทสโทสเตอโรนที่บริสุทธิ์ขึ้นจากอัณฑะวัวโดยวิธีคล้าย ๆ กันในปี 2477 แต่ว่า การสกัดฮอร์โมนจากเนื้อเยื่อสัตว์ที่มีขนาดพอจะศึกษาในมนุษย์ ก็เป็นไปไม่ได้จนกระทั่งบริษัทยายักษ์ในยุโรป คือ เชริ่ง (เบอร์ลิน ประเทศเยอรมนี) Organon (Oss ประเทศเนเธอร์แลนด์) และ Ciba (ปัจจุบันโนวาร์ติส, บาเซิล ประเทศสวิตเซอร์แลนด์) เริ่มโปรแกรมการวิจัยและพัฒนาสเตอรอยด์อย่างเต็มพิกัดในคริสต์ทศวรรษ 1930
กลุ่มนักวิจัยในบริษัท Organon เป็นพวกแรกที่สกัดฮอร์โมนได้โดยเฉพาะ ซึ่งเรียกในสิ่งตีพิมพ์เดือนพฤษภาคม 2478 มีชื่อเรื่องว่า "On Crystalline Male Hormone from Testicles (Testosterone) "
โดยตั้งชื่อฮอร์โมนว่า "เทสโทสเตอโรน" จากรากศัพท์ของคำว่า "testicle" (อัณฑะ) กับ sterol และจากคำต่อท้ายของคำว่า "คีโทน"
ส่วนโครงสร้างของฮอร์โมนเป็นผลงานของ ศ. ดร. อดอล์ฟ บูเทนันต์ แห่ง Gdańsk University of Technology ในเมืองกดัญสก์ ประเทศโปแลนด์ โดยได้รับอุปถัมภ์จาก บ. เชริ่ง
การสังเคราะห์เทสโทสเตอโรนทางเคมีจากคอเลสเตอรอล ก็เริ่มทำได้ในปีเดียวกันเดือนสิงหาคมโดย ศ. บูเทนันต์ และเพื่อนร่วมงาน
ต่อมาอีกอาทิตย์เดียว กลุ่มของ Ciba นำโดย ศ. ดร. เลโอโปลด์ รูซิคกา (พ.ศ. 2430-2519) และเพื่อนร่วมงาน ก็พิมพ์ผลงานถึงวิธีการสังเคราะห์เทสโทสเตอโรนของตน
ต่อมาปี 2482 ศ. บูเทนันต์ และ ศ.รูซิคกา ร่วมรับรางวัลโนเบลสาขาเคมี สำหรับวิธีการสังเคราะห์เทสโทสเตอโรนที่ทำสำเร็จต่างหาก ๆ เริ่มจากคอเลสเตอรอล
ต่อมา จึงมีการระบุเทสโทสเตอโรนว่าเป็น 17β-hydroxyandrost-4-en-3-one (CHO) คือเป็นแอลกอฮอล์แบบ solid polycyclic โดยมีกลุ่มไฮดรอกซิลที่คาร์บอนตำแหน่งที่ 17
จึงชัดเจนว่า สามารถแต่งเติมเทสโทสเตอโรนสังเคราะห์โดยวิธีการต่าง ๆ เช่น esterification (ปฏิกิริยาระหว่างแอลกอฮอล์กับกรดกลายเป็นเอสเทอร์) และ alkylation (การย้ายกลุ่ม alkyl จากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่ง)
การสังเคราะห์เอสเทอร์ต่าง ๆ ของเทสโทสเตอโรนที่มีฤทธิ์เป็นปริมาณมาก ๆ ในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1930 ทำให้สามารถกำหนดผลของฮอร์โมน โดยงานวิจัยในสุนัขปี 2479 แสดงว่า เทสโทสเตอโรนยกระดับการคงไนโตรเจน (nitrogen retention) ไว้ได้ ซึ่งเป็นกลไกสำคัญของแอแนบอลิซึม
ส่วนงานวิจัยปี 2483 ได้แสดงผลทั้ง anabolic และ androgenic ของ testosterone propionate ต่อชายบัณเฑาะก์ เด็กผู้ชาย และหญิง
ดังนั้นระยะช่วงต้นคริสต์ทศวรรษ 1930 จนถึงทศวรรษ 1950 จึงเรียกว่า "ยุคทองของเคมีสเตอรอยด์"
และเกิดผลงานมากมายในช่วงนี้
งานวิจัยในช่วงนี้พิสูจน์ว่า สารประกอบที่สังเคราะห์ขึ้นได้ใหม่นี้ (เทสโทสเตอโรน) หรือกลุ่มสารประกอบ (เพราะมีสารอนุพันธ์มากมายที่พัฒนาขึ้นในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1940-1960) มีฤทธิ์แรงในการสร้างกล้ามเนื้อ ความแข็งแรง และความรู้สึกอยู่เป็นสุข