精索靜脈因回流受阻，在睪丸周圍形成團狀蔓形的靜脈曲張。睪丸靜脈回流能力較差和以下因素有關：靜脈位置較淺，缺少肌肉泵的壓縮回流支持；靜脈壁較薄，脈管內靜脈瓣很少；右側精索靜脈直接流入下腔靜脈，而左側精索靜脈進入腎靜脈，血流緩慢，所以95%的患者精索靜脈曲張出現在左側。
精索靜脈曲張是導致男性不育的常見原因，可能機制包括：靜脈曲張導致睪丸靜脈壓力增加，血流灌注減少，使得生精細胞和間質細胞出現萎縮，睪丸體積減少； 陰囊體溫上升和腎源性代謝毒物反流的影響。在不育的男性中，發生率可能高達40%。精索靜脈曲張的發生率不會隨著年齡的增加而增加。除了特發性不育以外，精索靜脈曲張成為男性不育的第二大影響因素，但是，目前還不能明確它和男性不育之間的聯系。