Varicocele pode causar alterações patológicas nos testículos que afectam a produção de esperma, resultando na redução da motilidade espermática, imaturidade morfológica das células espermáticas e um aumento do número de espermatozóides acromegálicos. Verificou-se estar associado aos seguintes factores: retenção de sangue nas veias varicosas, que afecta a produção de esperma ao aumentar a temperatura local dos testículos. A estagnação do sangue afecta a circulação dos testículos, privando-os do fornecimento de nutrientes e da oxigenação necessários para afectar a produção de esperma. A inversão do fluxo sanguíneo na veia espermática interna esquerda traz metabolitos secretados pelas glândulas supra-renais e rins tais como esteróides, catecolaminas e 5-hidroxitriptamina para os testículos. Os esteróides podem inibir a espermatogénese, as catecolaminas podem causar toxicidade crónica nos testículos e a 5-hidroxitriptamina pode causar vasoconstrição, causando o derrame prematuro de esperma imaturo e causando infertilidade masculina. Estes factores podem também afectar a função endócrina do mesênquima testicular e interferir com a espermatogénese. A varicocele do lado esquerdo também pode afectar a função do testículo direito. Existe uma rica anastomose das veias testiculares de ambos os lados e as toxinas no sangue do lado esquerdo podem viajar para o lado direito e afectar a produção de esperma no testículo direito.