精原細胞瘤有瘤細胞形態結構單一和間質內有淋巴細胞浸潤兩個特征間質為纖細的纖維組織或致密的膠原纖維，約占睪丸腫瘤的60%，發病高峰在30~50歲，罕見于兒童。由于睪丸白膜比較韌厚，未被腫瘤破壞，故通常睪丸的原來輪廓尚保存。切面瘤組織呈淡黃或灰黃色，實體性，均勻一致如魚肉，其中往往可見到不規則壞死區。間質為纖細的纖維組織或致密的膠原纖維，其中有多少不等的淋巴細胞浸潤，有時可有淋巴濾泡形成。
肉眼觀，睪丸腫大，有時可達正常體積的10倍，少數病例睪丸大小正常。腫瘤體積大小不一，小者僅數毫米，大者可達十余厘米，通常直徑為3～5cm。由于睪丸白膜比較韌厚，未被腫瘤破壞，故通常睪丸的原來輪廓尚保存。瘤細胞彌漫分布或呈索狀結構，細胞的形態一致，與正常精小管內精原細胞相似，瘤細胞大，圓形或多角形、境界清楚、胞漿透明，核大、位于中央，核膜及染色質較粗，有1～2個嗜酸性核仁，核分裂像不多見。。
精原細胞瘤分3個亞型：典型精原細胞瘤，約占80%，生長較慢，預后好；未分化精原細胞瘤，約占10%，惡生程度較高，預后比典型精原細胞瘤差；精母細胞精原細胞瘤，約占10%，多見于40歲以上患者。
切面瘤組織呈淡黃或灰黃色，實體性，均勻一致如魚肉，其中往往可見到不規則壞死區。鏡下，典型的精原細胞瘤。其中有多少不等的淋巴細胞浸潤，有時可有淋巴濾泡形成。該瘤對放射治療高度敏感。淋巴道轉移較常見，血道轉移較少發生。