各種不孕的因素中，男方佔25％－40％。就男方而言，體格檢查及外生殖器檢查後，可作精液分析（禁慾2－5天），若精液無精子，要查精液中是否有果糖，判斷是否存在射精道狹窄或先天性輸精管缺損。排除此種情況後可重複檢測一次，如仍顯示無精或少精，可作進一步的激素測定。部分男性精液不液化，可能存在炎症、不良生活方式或壓力等影響因素，有些則存在器質性疾病需相應治療。有時無法確認不孕的真正原因時，可作睪丸活檢。對於非阻塞性無精子或嚴重少精的男性，尤其擬行輔助生殖技術（如ICSI）前，應建議染色體核型分析。
女方是生育事件的主體，生育的很多環節都與女性相關，女方因素佔各種不孕原因的40％－55％。詳盡的病史詢問後，必須仔細的專科檢查，如溢乳症、性毛分佈、生殖器檢查等。若有異常發現，如溢乳、生殖道炎症、生殖道構造異常或腫瘤等，則需針對這些異常進行下一步診治。例如，嚴重的宮頸炎症會改變宮頸黏液性狀從而影響精子穿透並滅活精子，治療效果不佳的可考慮人工受精。部分嚴重的生殖道炎症患者應行病源微生物檢查，尤其針對衣原體、支原體和淋菌的檢查，因為這些感染因素很容易影響生殖能力。
如無特殊發現，可考慮排卵功能及輸卵管通暢程度的問題，這是女方不孕的主要原因。基礎體溫測定經濟又無創，囑患者每天清晨起床前口表測體溫並記錄，瞭解是單相還是雙相型，且是否存在黃體期過短的情況。如果月經失調或基礎體溫單相，則必須測定激素水平，應在月經來潮的3－5天測定性激素（至少測定FSH、LH、PRL三大垂體激素），以鑑別排卵異常的原因是在下丘腦－垂體－卵巢軸的哪一水平。如果基礎FSH水平偏高，可考慮卵巢儲備功能下降。但如果兼有原發閉經或月經稀少及畸形特徵，則需進行染色體核型分析，以排除Turner’S綜合徵或超雌綜合徵等導致的卵巢不發育或發育不全。另外，甲狀腺功能及腎上腺皮質功能也和女性生育密切相關，必要時需要補充測定TSH、17－OHP及DHEAS等激素。
超聲檢查既能發現盆腔器質性問題，又能監測卵泡發育和排卵。超聲檢查若為條索狀性腺，應查染色體，染色體核型為XY的，為防性腺惡變應予切除。有的婦女基礎體溫測定雙相，黃體中期血孕酮測定也顯示排卵，但其實並未排卵，只有超聲才能發現卵子未排出（未破裂卵泡黃素化綜合徵）。一般從月經週期第10天開始連續超聲監測卵泡生長及有無排卵，在檢查的同時就可指導試孕。
卵泡發育及排卵正常而指導試孕失敗的，尤其既往有宮腔操作史或盆腔術史者，考慮輸卵管通暢程度異常。輸卵管通液術雖價廉簡便，但準確性差，所以常用子宮輸卵管碘油造影檢查（HSG），可於月經乾淨後排卵前行HSG，以瞭解宮腔輪廓及輸卵管通常程度。HSG僅為篩檢試驗，如懷疑有異常（如子宮內膜息肉、子宮內膜結核、宮腔粘連及宮腔縱隔等），需進行腹腔鏡或宮腔鏡檢查來確診，並進行相應的矯治手術。
以上檢查均不能發現問題時，可做免疫因素檢查，尤其既往有自然流產的不育夫婦。免疫因素檢查分為精子免疫異常和女方體液免疫異常。例如抗精子抗體男女雙方都可產生，可引起精子凝集，影響精子活動力和存活率、抑制受精功能。女方的抗透明帶抗體可改變透明帶性狀影響受精過程，抗心磷脂抗體則可引起胚胎種植部位小血管內血栓形成導致種植失敗。以上部分異常保守治療無效可考慮輔助生殖技術。
另外，子宮內膜異位症在不孕患者中很常見，約佔80％，內異症患者引起不孕的原因複雜，盆腹腔微環境及免疫異常的影響為主要因素，兼輸卵管輸送卵子及卵巢功能異常。然而不少患者卻沒有痛經或性交痛等症狀。對於不明原因不孕患者，若懷疑此症，可作腹腔鏡檢查，確定有病變存在可行腹腔鏡下手術治療。部分無症狀性子宮腺肌症可行陰道超聲和MRI作為非侵入性的診斷手段，一旦確診，予GnRH類似劑治療3－6個月，再積極試孕可提高受孕機會。
應當說明的是，經過系列檢查，90％以上不孕夫婦可查找出原因，但仍有少數患者找不到明確因素，即不明原因不孕夫婦；或不孕因素經治療後仍然無法受孕的情況。此時，應充分說明後，讓患者放鬆休息，也有發生意外自然受孕的情形。
總之，不孕症關係的環節非常多、病因複雜多樣，相應的檢查方法和手段眾多。應遵循簡便而非侵入性檢查在先，侵入性及價昂檢查在後的步驟。有些基本的檢查對每對不孕夫婦都是必要的，有些檢查則要針對初篩的異常發現特別地施行。不孕症常涉及兩個以上因素，因此必須通過男女雙方情況綜合評估。
