O Estradiol é o mais potente estrógeno natural em humanos. Ele regula a função reprodutiva em mulheres e, com a progesterona, mantém a gravidez. A maior parte do estradiol é secretada pelos ovários (em mulheres não-grávidas), embora os testículos (em homens) e o córtex adrenal (em homens e mulheres) secretam pequenas quantidades. Durante a gravidez, a placenta produz a maior parte do estradiol circulante. Em mulheres não-grávidas normais, o estradiol sintetizado pelo ovário é a origem predominante tanto de estrona como de estriol. Níveis normais de estradiol são mais baixos na menstruação e no início da fase folicular e se elevam no final da fase folicular exatamente antes do avanço do LH, que, normalmente, é imediatamente seguida pela ovulação. Quando o LH atinge o pico, o estradiol começa a diminuir antes de aumentar novamente durante a fase lútea. Se a concepção não ocorrer, o estradiol cai até seus níveis mais baixos e a menstruação inicia-se logo em seguida. Se a concepção ocorrer, os níveis de estradiol continuam a aumentar, alcançando níveis de 1.000 a 5.000 pg/ mL durante o primeiro trimestre, 5.000 a 15.000 pg/mL durante o segundo trimestre e 10.000 a 40.000 pg/mL durante o terceiro trimestre. Na menopausa, os níveis de estradiol permanecem baixos.
