阴茎的勃起主要由大脑的反射机制控制，涉及下丘脑、脑垂体和睾丸等内分泌腺。这些腺体通过分泌激素（如睾酮）来调节性功能。
睾酮是决定男性第二性征和生殖能力的重要激素，其中95%由睾丸分泌，5%来自肾上腺。
性刺激通常通过视觉、听觉、嗅觉或触觉引发。对于大多数男性来说，视觉是最主要的刺激源，如观看色情内容或看到裸体美女。
在兴奋期，小下丘脑释放促性腺激素，睾丸分泌游离睾酮，导致阴茎海绵体充血。由于白膜形成的阻力和静脉窦的阻碍，血液滞留使得阴茎膨胀勃起。
当兴奋达到阈值时，会触发射精反应，伴随性高潮和短暂的肌肉痉挛。之后进入消退期，阴茎恢复疲软状态。
除了生理因素，心理状态（如情感、压力）和社会环境（如工作压力、家庭关系）也会影响勃起功能。睾酮水平低下或激素失衡可能导致勃起困难。
即使切除睾丸，男性仍能完成性行为，说明心理和外界刺激对性反应的重要性。因此，良好的性生活质量不仅依赖生理条件，还与心理素质和社会环境密切相关。