睾酮对人类及其他脊椎动物通过两个方式来产生效用：
直接或以血清双氢睾酮（DHT）形式使雄激素受体活跃化 转化为雌二醇使某些雌激素受体活跃化
游离的睾酮会被运送至目标组织细胞的细胞质中，与雄激素受体结合，或被5α-还原酶转为血清双氢睾酮（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睾酮的2.5倍）。睾酮受体或血清双氢睾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。
在其他脊索动物的组织内也会有雄激素受体，而雄性及雌性对睾酮的反应也相当一致。在出生前雄性与雌性的睾酮剂量的差异，会导致在青春期或整个生命上的生物差异。
睾酮芳构化成雌二醇会对脑及骨这两个人体重要的组织构成主要的影响
。在骨中，雌二醇加速了软骨成长为骨的过程，使骨端接合及完成生长的程序。在中枢神经中，雌二醇是给予下视丘的主要回馈讯号，尤其在影响排卵素的分泌。在很多哺乳动物的脑部中，某些性别差异区域在出生前或产期的雄性化，都是受着睾酮所产生的雌二醇影响，决定将来的雄性性行为。
