精子鞭毛の形態に関する最初の研究は1888年にドイツの細胞学者Ballowitzによって始められた。彼は光学顕微鏡と媒染剤染色を用いて、雄鶏精子の鞭毛が11もの長手方向の繊維に分裂していることを観察している。 それから約60年後、1949年にGriggとHodgeが、その1年後にMantonとClarkeが電子顕微鏡（EM）により、この11本の繊維を観察し、2本の細い繊維が9本の太い外側繊維に囲まれていると提唱した。 1952年、FawcettとPorterは、固定、包埋、超微小切開の進歩を利用して、毛様体膜内の上皮繊毛の中心が、2本の中央の一重微小管を取り巻く9本の二重微小管（すなわち、「中央対微小管装置」）からなることをEM薄切片で証明し、それゆえ「9＋2」軸糸という言葉を生んだのだ。 精子鞭毛の理解は、原生生物から哺乳類に至るまで、ほとんどの種の繊毛と鞭毛が進化的に保存されていることから、両器官の研究によって助けられてきた。 繊毛は一般に短く（5-10μm）、オールのように有効打撃と回復打撃で拍動する。 鞭毛は蛇のような動きをし、一般に長い（一般に50-150μmだが、種によっては12μmから数mm）。原生生物クラミドモナスでは、キナーゼをコードするいくつかの遺伝子により鞭毛の長さが制御されている。 MantonとClarkeによって、9＋2軸糸が種間で遍在している可能性が最初に認識され、実際、9本の二重微小管は約10億年前に初期の真核生物で進化的に保存された構造であるが、精子鞭毛とその付属構造の詳細については種間で大きなばらつきがある。 軸糸二重微小管は、9本の中心極／基底体三重微小管の末端から集合する。その9回対称性と時計回りのピンホイール模様（細胞内から鞭毛先端を見る）は、SAS6遺伝子の保存タンパク質によって組織化されており、一部の卵に導入されて最初の有糸分裂軸を確立させることができた。 そして、9本の二重微小管は、ネキシンリンクによって軸糸の周囲に連結される。 現在、軸糸の分子構造は、ニカストロによって開発された低温電子線トモグラフィーを用いて、<4 nmという驚異的な分解能で知ることができる。 精子の鞭毛（および繊毛）運動は、原生生物の鞭毛やウニの精子などの単純な系で、プロテオミクス解析により鞭毛に含まれる数百のポリペプチドを効果的に解析している
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