睪酮對人類及其他脊椎動物通過兩個方式來產生效用：直接或以血清雙氫睪酮（DHT）形式使雄激素受體活躍化 轉化為雌二醇使某些雌激素受體活躍化

游離的睪酮會被運送至目標組織細胞的細胞質中，與雄激素受體結合，或被5α-還原酶轉為血清雙氫睪酮（DHT）。DHT同樣會與雄激素受體結合（這種結合更穩(wěn)固，DHT的男性激素強度約是睪酮的2.5倍）。睪酮受體或血清雙氫睪酮受體會進行結構性的轉變，并讓它們進入細胞核，與染色體DNA內特定的核苷酸結合。結合的區(qū)域稱為激素反應元件（HRE），并影響某些基因的復制活動，產生男性激素效用醫(yī)學|教育網搜集整理。

在其他脊索動物的組織內也會有雄激素受體，而雄性及雌性對睪酮的反應也相當一致。在出生前雄性與雌性的睪酮劑量的差異，會導致在青春期或整個生命上的生物差異。

睪酮芳構化成雌二醇會對腦及骨這兩個人體重要的組織構成主要的影響。在骨中，雌二醇加速了軟骨成長為骨的過程，使骨端接合及完成生長的程序。在中樞神經中，雌二醇是給予下視丘的主要回饋訊號，尤其在影響排卵素的分泌。在很多哺乳動物的腦部中，某些性別差異區(qū)域在出生前或產期的雄性化，都是受著睪酮所產生的雌二醇影響，決定將來的雄性性行為。