La asociación entre varicocele e infertilidad se ha estudiado ampliamente sin encontrar resultados determinantes. Dentro de los posibles mecanismos por los que el varicocele podría producir infertilidad, los más importantes serían un aumento en los radicales libres, daño del DNA espermático, aumento de la temperatura del escroto y disminución del flujo sanguíneo. Todas estas circunstancias podrían estar asociadas a un empeoramiento de la calidad seminal, y probablemente las alteraciones en los parámetros espermáticos que se producen con los varicoceles sean debidas a una combinación de estos factores.
La recuperación de la calidad seminal tras la corrección quirúrgica del varicocele es un tema muy debatido. Existen estudios que sí han encontrado una mejoría, pero otros muchos no lo han hecho. Cuando se juntan los datos de todos los artículos publicados (mediante un tipo de estudio denominado metaanálisis), sí parece que existe un cierto beneficio de la varicelectomía, encontrando mejoras en el recuento, movilidad y morfología espermática, así como en la fragmentación de ADN seminal. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la evidencia es muy débil, probablemente porque la operación del varicocele sólo mejore la calidad seminal en algunos pacientes. En este sentido se han llevado a cabo estudios para intentar dilucidar en qué pacientes podría ser beneficiosa esta operación, encontrando que los mejores resultados serán en pacientes con varicoceles grado II o III y con concentraciones espermáticas superiores al 8%.
Por ello, la operación del varicocele podría mejorar la calidad seminal y aumentar la posibilidad de conseguir embarazo de forma natural. De hecho en algunos estudios han objetivado hasta un 30% más de probabilidad de gestación natural. Sin embargo, hay que tener en cuenta que no en todos los hombres la operación va a ser efectiva. Si los parámetros seminales estaban muy alterados previo a la cirugía, es improbable que mejoren hasta alcanzar niveles óptimos para una gestación espontánea. También se ha visto que una mayor duración de la infertilidad previa a la intervención, así como una mayor edad paterna, también impactarán negativamente en esa posibilidad de gestación espontánea.