Azoospermia je po definiciji potpuno odsustvo spermatozoida u spermi. Da bi se sa sigurnošću postavila ova dijagnoza potrebno je uraditi analizu bar tri uzorka sperme. Ukoliko ni u jednom uzorku nema spermatozoida, dalja dijagnostika zavisi od veličine testisa i od drugih parametara koji se takodje odredjuju spermogramom. Neophodno je uraditi i hormonski status a po potrebi i hromozomske analize.
Ukoliko su testisi smanjeni radi se o hipogonadizmu koji može biti primaran ili sekundaran. Primarni hipogonodizam podrazumeva primarno oštećenje testisa dok su hormonski poremećaji sekundarni. O primarnom hipogonadizmu se radi kod većine hromozomskih poremećaja od kojih je najčesći Klinefelterov sindrom (47 XXY). Primarno oštećenje testisa se uočava i kod kriptorhizma (nespušteni testisi) i kod takozvanog "Sertoli cell only" sindroma. Sekunadrni hipogononadizam se takođe manifestuje azoospermijom ali je u ovim slučajevima smanjena funkcija testisa posledica promena na nivou hipotalamusa ili hipofize. Nedostatak GN-RH ili njegovo izlučivanje u nedovoljnoj meri je urođen poremećaj a kao posledica neadekvatne stimulacije hipofize i testisa ne dolazi do uspostavljanja spermatogeneze.
Smanjeno izlučivanje hormona hipofize može biti urođeno ili posledica obolenja hipofize (infarkt, infekcija, tumor, zračenje, operacija). U zavisnosti od perioda kada je došlo do oštećenja, testisi mogu biti normalne ili mekane konzistecije ali su skoro u svim slučajevima smanjeni. Za razliku od poremećaja na nivou hipotalamusa, poremećaji na nivou hipofize mogu dobro reagovati na supstitucionu hormonsku terapiju. Poseban oblik azoospermie predstavlja takozvana opstruktivna azoospermia. Kod ovih pacijenata testisi su normalne veličine, hormonski status je takodje u granicama normale, spermatogeneza je očuvana ali zbog postojanja prepreke ili nedostaka nekih delova izvodnih kanala ne dolazi do izlučivanja spermatozoida sa spermom.
Nedostatak fruktoze u spermi ukazuje na nedostatak semenih kesica što je najčešće udruženo sa nedostatkom semevoda, ili na postojanje prepreke na nivou ejakulatornih kanala. Ukoliko je fruktoza normalna a snižena je vrednosti alfa glukozidaze, prepreka se nalazi na nivou epididima. Opstruktivne azoospermije se kod jednog broja pacijenata mogu hirurški lečiti, međutim s obzirom da su ove hirurške intervencije koplikovane sa neizvesnom prognozom sve češće se koristi drugi oblik lečenja koji podrazumeva punkciju epididima čime se dobija dovoljan broj spermatozoida koji se mogu koristiti u procesu vantelesne oplodnje.