Orsaken till testikelcancer är fortfarande okänd. Förstadieceller till testikelcancer uppstår när differentieringen av en testikelstamcell misslyckas. Differentieringen av en testikelstamcell regleras av en rad olika faktorer. Vissa miljökemikalier misstänks störa mognaden av testikelstamceller, men dessa faktorer är ännu inte tillräckligt kända. Under ungdomsåren förvandlas förstadiecellerna till testikelcancer till cancerceller som tränger in i vävnaden.
Samtidigt som testikelcancer har blivit vanligare har man sett att den manliga fertiliteten har försämrats på grund av försvagad spermakvalitet. Man vet att medfödd icke nedvandrad testikel, kryptorkism, ökar risken för testikelcancer med nästan fyra gånger, men risken är fortfarande mindre än en procent. Epidemiologiska studier och djurförsök har visat att kryptorkism, för kort urinrör, eller hypospadi, försämrad spermakvalitet och testikelcancer är kopplade till en mer omfattande utvecklingsstörning i testiklarna. På senare tid har man sett indikationer på att det är kopplat till en brist på androgen, det manliga hormonet, under en period då fostret är särskilt känsligt. Androgenbrist kan orsakas av hormonstörande ämnen i miljön, som man kan utsättas för genom bland annat mat, vatten, inandningsluft, hud och rumsdamm. Dessa stör utvecklingen av det manliga reproduktionssystemet, särskilt under fosterperioden, men uppenbarligen också under de första månaderna i livet och i början av puberteten.
Ärftliga faktorer kan också påverka risken för testikelcancer. Brodern till en person med testikelcancer löper åtta gånger högre risk att drabbas av testikelcancer, medan fadern och sonen till en person med testikelcancer löper fyra gånger högre risk.