A cabeça do espermatozóide é formada por três componentes: a membrana plasmática, o acrossoma e o núcleo condensado.

     A membrana plasmática contém receptores de espermatozóide, com afinidade de ligação pela zona pelúcida, e a fertilina α/β, um heterodímero da família de proteínas ADAMs, formadas por vários domínios incluindo um domínio metaloproteinase e um domínio desintegrina.

     O acrossoma é formado por três partes: a membrana acrossômica externa, a membrana acrossômica interna e as enzimas hidrolíticas, principalmente a hialuronidase e a acrosina.  O segmento equatorial é a porção delgada do acrossoma que se estende em direção à cauda.

     O núcleo haplóide (23, x ou 23, y) condensado consiste em DNA genômico recoberto por protaminas básicas. Os nucleossomas não estão presentes porque as histonas somáticas foram substituídas pelas protaminas. Seu DNA está extremamente condensado para minimizar o seu volume para o transporte e a transcrição está desativada.