動物生殖生物學涵蓋配子生成、受精機制、胚胎發育調控及生殖策略的演化適應，是整合內分泌學、發育生物學和生態學的核心領域。
配子生成的分子調控
精子生成（Spermatogenesis）由 Sertoli 細胞和 Leydig 細胞協同調控。Sertoli 細胞形成血睪屏障（blood-testis barrier），提供免疫豁免微環境，並分泌 ABP（androgen-binding protein）維持曲細精管內高濃度睪固酮。精子生成過程依賴 RA（retinoic acid）信號啟動減數分裂——Stra8 基因是 RA 應答的關鍵轉錄因子（Bowles et al., 2006）。精子成熟過程中的組蛋白→轉換蛋白→魚精蛋白（protamine）替換使染色質高度壓縮，這是表觀遺傳重編程的重要步驟。
卵子生成（Oogenesis）在胚胎期即開始。人類女性出生時卵巢含約 100-200 萬個初級卵母細胞，停滯在減數分裂第一次前期（dictyotene stage）。每個月經週期中，募集的卵泡庫（primordial follicle pool）受 AMH（anti-Müllerian hormone）調控維持靜止狀態。優勢卵泡的選擇涉及 FSH 閾值理論——只有 FSH 受體表達量最高的卵泡能在 FSH 下降時存活（Fauser & Van Heusden, 1997）。LH surge 觸發排卵，機制涉及 COX-2 依賴的前列腺素合成和卵泡壁基質金屬蛋白酶（MMP）的活化。
受精的分子事件
精子獲能（capacitation）發生在雌性生殖道中，涉及膽固醇從精子膜流出、細胞內 pH 和 Ca²⁺ 升高、以及 PKA 活化導致的蛋白質酪胺酸磷酸化。獲能後的精子在接近卵子時經歷頂體反應（acrosome reaction）。
ZP3（zona pellucida glycoprotein 3）是精子結合透明帶的主要受體（Bleil & Wassarman, 1980），但後續研究揭示 Izumo1（精子）與 Juno/Folr4（卵子）的交互作用才是精卵膜融合的必要條件（Inoue et al., 2005）。皮質顆粒釋放（cortical reaction）修飾 ZP 蛋白，建立多精阻擋（polyspermy block）——快速阻擋為膜電位改變（Na⁺ 內流去極化），慢速阻擋為 ZP 硬化。
著床與早期胚胎發育
著床（implantation）涉及滋養層細胞（trophoblast）與子宮內膜的複雜對話。著床窗口（window of implantation）受 E2/P4 比值、LIF（leukemia inhibitory factor）、HOX 基因和整合素表達調控。滋養層侵入子宮壁後分化為合體滋養層（syncytiotrophoblast）和細胞滋養層（cytotrophoblast），前者直接接觸母血，負責 hCG 分泌和營養物質交換。
生殖策略的演化生態學
Trivers（1972）的親代投資理論（parental investment theory）解釋了性擇壓力的不對稱——投資較多的性別（通常為雌性）對配偶較挑剔，投資較少的性別（通常為雄性）傾向競爭。Bateman 原則指出雄性的繁殖成功率變異度大於雌性。然而，Clutton-Brock（2007）的比較研究修正了這一框架，指出在某些物種中（如海馬、矛鷸），角色可以反轉。生殖隔離機制（prezygotic 和 postzygotic barriers）與物種形成密切相關。