Η τεστοστερόνη είναι μια στεροειδής ορμόνη (δηλαδή συντίθεται από τη χοληστερόλη) με ανδρογονική και αναβολική δράση. Είναι η κύρια φυλετική ορμόνη στους άνδρες. Εκκρίνεται από τα κύτταρα του Leydig των όρχεων, ως απάντηση στην έκκριση ωχρινοποιητικής ορμόνης (LH) από την υπόφυση. Στις γυναίκες μικρά ποσά τεστοστερόνης εκκρίνονται από τις ωοθήκες ή παράγονται από μετατροπή των ανδρογόνων των επινεφριδίων σε τεστοστερόνη.

Η τεστοστερόνη μεταφέρεται στο πλάσμα του αίματος συνδεδεμένη με μια μεταφορική πρωτεΐνη, την SHBG (Sex Hormone Binding Globulin). Δραστικό είναι το ελεύθερο κλάσμα της ορμόνης, το οποίο βρίσκεται σε δυναμική ισορροπία με το συνδεδεμένο.

Η ελεύθερη τεστοστερόνη έχει την ικανότητα να διεγείρει τους αντίστοιχους ανδρογονικούς υποδοχείς στα όργανα-στόχους. Η αναγωγή της ορμόνης σε 5α-διυδροτεστοστερόνη (DHT) αυξάνει τη δραστικότητα της ορμόνης, αυξάνοντας την ικανότητα σύνδεσης της με τον αντίστοιχο υποδοχέα. Το ένζυμο για την αναγωγή αυτή ονομάζεται 5α-ρεδουκτάση (ή αναγωγάση) και βρίσκεται σε ορισμένους μόνο ιστούς.

Σε μερικές περιπτώσεις, για την άσκηση της βιολογικής δράσης της ορμόνης είναι απαραίτητη η μετατροπή της σε οιστραδιόλη (αρωματοποίηση). Αυτό παρατηρείται κυρίως στα οστά και το κεντρικό νευρικό σύστημα. Με την μετατροπή της τεστοστερόνης σε οιστραδιόλη στο κεντρικό νευρικό σύστημα, ασκείται ανασταλτική επίδραση στην έκκριση GnRH από τον υποθάλαμο και την επακόλουθη έκκριση γοναδοτροπινών από την υπόφυση, δημιουργώντας ένα κύκλωμα αρνητικής παλίνδρομης ρύθμισης (feedback).

Η τεστοστερόνη είναι μια ορμόνη με αναβολική δράση. Προάγει την πρωτεϊνοσύνθεση σε πλήθος ιστών. Αυξάνει την μυϊκή μάζα και την οστική πυκνότητα και προάγει την κατα μήκος αύξηση των οστών. Ωστόσο, η υπερπαραγωγή της κατά την εφηβεία, επιταχύνει τη σύγκλειση των επιφύσεων των οστών, με κατάληξη το χαμηλό τελικό ανάστημα.

Βασική της δράση είναι η ανάπτυξη και ωρίμανση των γεννητικών οργάνων του άρρενος. Στην εμβρυϊκή ζωή παίζει καθοριστικό ρόλο στη διαμόρφωση των γεννητικών οργάνων κατά το ανδρικό πρότυπο. Στην ήβη προάγει την αύξηση του πέους, του οσχέου, του προστάτη και των σπερματοδόχων κύστεων και είναι απαραίτητη στη διαδικασία της σπερματογένεσης. Επίσης, αυξάνει τη γενετήσια ορμή (libido). Δευτερεύουσες δράσεις της ορμόνης είναι η ανάπτυξη της τριχοφυΐας στο πρόσωπο και τον κορμό, η ανδρογεννητική αλωπεκία (φαλάκρα), η λιπαρότητα του δέρματος που οφείλεται στην αυξημένη σμηγματόρροια, η αύξηση του αιματοκρίτη, η αύξηση του πάχους και της μελάγχρωσης της επιδερμίδας και η τραχύτητα της φωνής στους άρρενες. Το λίπος στον κορμό συσσωρεύεται κατά το ανδρικό πρότυπο (περισσότερο στην κοιλιά και λιγότερο στους γλουτούς). Στο κεντρικό νευρικό σύστημα, πέρα από τη δράση της στη libido, η τεστοστερόνη επιδρά και στη διαμόρφωση ενός «ανδρικού» προτύπου ψυχοσύνθεσης και συμπεριφοράς.

Η χρήση τεστοστερόνης ή συνθετικών αναλόγων της (π.χ. νταναζόλη) για την αύξηση της απόδοσης των αθλητών έχει απαγορευτεί και μπορεί να αποβεί και επικίνδυνη. Αμφιλεγόμενη είναι η χρησιμοποίησή της σε διαταραχές της στύσης, σε διαταραχές της libido, στην οστεοπόρωση και την αναιμία. Θεραπευτική χορήγηση της ορμόνης μπορεί να επιχειρηθεί σε καταστάσεις υπογοναδισμού, με τεκμηριωμένη έλλειψη της ορμόνης.