Patofisiologi gynecomastia adalah karena meningkatnya level hormon estrogen pada tubuh pria, atau karena meningkatnya sensitivitas payudara pria terhadap level estrogen yang normal. Estrogen akan menyebabkan hiperplasia epitel duktus, elongasi duktus, proliferasi periduktus fibroblast, dan meningkatkan vaskularisasi pada payudara. Peran estrogen ini sama pada wanita maupun pria.[2,9]

Level hormon estrogen meningkat karena ketidakseimbangan antara efek stimulasi produksi estrogen dengan efek inhibitor oleh hormone androgen. Produksi hormon estrogen pada pria berasal dari testis dan extraglandular aromatization.[2,9]

Testis tiap hari hanya mensekresi hormon estrogen 6-10 mg (15% dari seluruh estrogen dalam tubuh pria) dan estrone 2,5 mg (5% dari seluruh estrone dalam tubuh pria). Sedangkan sebagian besar estrogen dan estrone dalam tubuh pria berasal dari konversi hormon androgen (testosterone dan androstenedione) menjadi estrogen dan estrone, sebagai akibat enzim aromatase yang ada di otot, kulit dan jaringan adiposa.[2,9]