Si precisa la diagnosi con indagini sul seme, sul sangue e con la biopsia del testicolo.  Se l'azoospermia è dovuta a mancata produzione, detta insufficienza testicolare, non è possibile avere gravidanze con il proprio seme.

A volte vi sono pochissimi spermatozoi nel seme e non sono rilevati ad un esame ordinario. Un esame più accurato permette di trovarli e di congelarli per utilizzarli poi in Tecniche di Riproduzione Assistita. Anche nel tessuto testicolare ottenuto alla biopsia può capitare di rinvenire pochissimi spermatozoi. Anche in questo caso possono essere  isolati e congelati immediatamente per un uso futuro.

Le cause dell'insufficienza testicolare possono essere genetiche, cromosomiche, da infezioni o da mancata discesa dei testicoli. La Sertoli-cell-only syndrome è una causa ricorrente di azoospermia.

Le ostruzioni della via spermatica possono dipendere da anomalie anatomiche congenite o acquisite, in genere, per infezioni precedenti.

Le diversioni del seme in genere sono conseguenti a precedenti interventi chirurgici, al diabete, a malattie o lesioni del sistema nervoso o a malformazioni congenite.