Les premières images de spermatozoïdes remontent aux observations faites par Antony van Leeuvenhoek qui les publia en 1679, sous la désignation d'"animalicules spermatiques".

Antony van Leeuwenhoek se servit pour ses observations de microscopes qu'il fabriquait lui-même, constitué d'une lentille montée dans une plaque de métal et d'un bras articulé à l'extrémité duquel l'échantillon était positionné.

Le focus était ajusté à l'aide d'une vis. D'une longueur de quelques cm, l'appareil était maintenu près de l'oeil et dans de bonnes conditions d'éclairage.

De nos jours, l'examen du sperme se pratique dans des laboratoires spécialisés. Parmi les éléments analysés, trois paramètres concernent directement les spermatozoïdes, à savoir la concentration, la mobilité et la morphologie. D'autres paramètres sont mesurés dans le liquide séminal (pH, biochimie, viscosité, etc...).

Les spermatozoïdes sont observés à l'aide d'un microscope à contraste de phase.

La tête des spermatozoïdes apparaît comme une petite sphère claire et le flagelle comme un filament foncé.