大約有10-15％的夫妻受到不孕不育的困擾，其中約有一半是由男方因素導致的。在小鼠中，維生素D缺乏的雄性的精子受精能力差，導致其使雌性受孕的比例比維生素D充足的低約71％。在後續研究中，糾正了維生素D缺乏導致的低鈣血癥後，小鼠的生殖能力可以恢復正常水平，因此，維生素D對男性的生殖能力似乎並沒有直接影響。但是，對於資料的重新評估顯示，正常鈣離子水平的維生素D缺乏的雄性小鼠，比正常鈣離子水平的維生素D充足的雄性小鼠的精液受精後的受孕比例低43％。因此，維生素D直接影響男性的生殖能力似乎是可信的。
維生素D缺乏的雄性動物的生育能力低，似乎是由於精子的活力受損，或者是由於精子的形態。一個全面的VDR敲除的小鼠模型的生殖能力調查顯示，精子的數量（40％）和活力（9倍）顯著降低，因此導致了生殖能力受損。精液的質量和生殖能力在補充了鈣離子之後得到提高，但是當補充了鈣離子和雌激素後才得以恢復到正常水平，這表明男性的生殖能力除了受維生素D影響外，還受全身的鈣離子和雌激素水平影響。
維生素D會影響成年男性的生殖能力的認知很大程度上來自於橫斷面研究的資料，維生素D缺乏（＜25nmol/L）和維生素D不足（＜50nmol/L）的男性的精子活力明顯低於維生素D充足的男性。有兩項研究顯示精子的形態與血清維生素D水平有正相關性，但是沒有發現維生素D水平與總精子數量、精子濃度、血清抑制素B和FSH水平的相關性。
維生素D對精子活力的影響也許和前述的作用相關，並且，維生素D在人類精子中是個強力的非基因組效應的誘導物。在人類精子的頸部，VDR可以迅速的提高細胞內的鈣離子濃度，細胞內鈣離子濃度的提高可以提高精子活力，無論是獲能的精子還是未獲能的精子，並且可以在體外實驗中改善精卵結合，觸發頂體反應，這是卵母細胞受精的先決條件。流行病學的資料同樣支援維生素D與生殖能力之間的關係，北半球的北方國家，懷孕率有季節性波動，夏季是懷孕的高峰，這和血清維生素D水平的季節性波動相一致。
維生素D的重要性不僅體現在成年期，VDR從妊娠第16周就開始在生殖母細胞、未成熟睪丸支援細胞和睪丸間質細胞中表達，這表明維生素D在發展中的性腺中起到了早期的影響。然而，維生素D在胎兒時期扮演的角色尚未研究清楚，只能通過睪丸生殖細胞癌的細胞來推測胚胎幹細胞。
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