男性的陰莖曾被奧地利性學家、人類性活動研究的先驅者弗洛伊德教授稱之為性行為的執行器官。在歷代的藝術和文學作品中，人們給予陰莖那么多的推崇、稱頌和詆毀。許多生殖器的神話，曾經影響了人類的文化、行為、生物學和醫學，它們掩蔽了陰莖的官能感受作用，過分夸大了陰莖的主動行使功能的作用。

要想了解陰莖為什么會勃起，還要從陰莖的解剖結構談起。

陰莖由3條長形海綿體組成，包括位于背側的2個陰莖海綿體和位于腹側的1個尿道海綿體(尿道穿過其間)。陰莖海綿體是勃起組織，特別是海綿體竇和動脈壁的平滑肌。包繞陰莖的組織由表及里依次為皮膚、陰莖淺筋膜、陰莖深筋膜和白膜。為了能有效地發揮作用，這些筋膜必須在陰莖勃起時有高度的堅硬度與中軸力量，而在陰莖疲軟時變得柔軟；這些筋膜層在勃起時必須對稱地延長及增加周徑，并形成一個直的勃起。白膜結構復雜，內層纖維呈環形，外層呈縱形。一個健全白膜的膠原纖維與其下層的彈性纖維有密切的關連，才能進行正常的強有力的性反應的一面及柔軟的另一面。多層次的筋膜排列可使一層筋膜在另一層上滑動，這樣就可以勃起時阻止靜脈血液外流。正常情況下，這種阻塞機制與平滑肌小梁及小動脈松弛是同時進行的，這樣才能使大量動脈血流入，將海綿體竇隙擴大，使白膜下的小靜脈受壓。另外白膜筋膜層互相滑動使導靜脈阻塞，減少陰莖靜脈血外流而有助于形成一個完全堅硬的勃起。

需要弄清楚的是：由于包繞陰莖海綿體的白膜厚韌致密，包繞尿道海綿體的白膜較薄，在陰莖勃起時硬度較差，但更富于彈性。由于陰莖頭無被膜、尿道海綿體及陰莖頭在勃起時只發生體積的擴張，不會像陰莖海綿體那樣因為具有厚韌的白膜而提供勃起時所具有的硬度，所以陰莖頭在勃起時也是很軟的。有些男士把雙方性不滿足的原因歸咎于陰莖頭不硬，甚至說過去一直很硬，現在不硬了，這是一種誤解。認清在陰莖海綿體、尿道海綿體和陰莖頭之間存在的被膜及內部結構的差別，就可以理解它們的功能差異和在勃起中的不同表現。

引起陰莖勃起有3個主要因素：心理性勃起、反射性勃起和夜間勃起。由大腦皮質的刺激所引起的稱心理性勃起；由陰莖局部的刺激產生的稱反射性勃起。

心理性勃起是聽、嗅、視、味、觸覺或思維想像等刺激興奮大腦皮質中樞，并通過脊髓胸腰段勃起中樞由交感神經傳出，也可通過脊髓骶段勃起中樞由副交感神經傳出，支配勃起組織。反射性勃起則來自生殖器的外感受器刺激及來自內臟器官(包括直腸和膀胱)的內感覺器刺激，通過陰部神經傳入，經骶部副交感神經傳出支配勃起組織。心理性刺激和反射性刺激常協同作用，但也可各自獨立作用。從另一方面，心理性刺激可抑制及阻礙反射性勃起(此為中樞性交感神經張力增高)。胸腰段中樞主要負責心理性勃起，而骶段中樞則對兩種勃起都起反應。

對夜間陰莖勃起，早在本世紀40年代，Halverson和Ohlmeyer就曾相繼描述過嬰兒與成人在睡眠時陰莖可發生勃起的生理現象，此是潛意識的陰莖活動的客觀表現。1970年，Karacan首先利用夜間陰莖勃起的生理現象來鑒別心理性陽痿，即所謂夜間陰莖脹大試驗。最近的研究表明，夜間陰莖勃起可能與睡眠所處的階段有關。人們發現在8小時睡眠過程中，每2小時為1個單位，發生淺睡眠(眼球快速運動)和深睡眠(腦波緩慢)2個過程，有4次反復。淺睡眠為20分鐘～25分鐘，深睡眠約90分鐘。進入淺睡眠時，可發生陰莖勃起。因此，有規律性睡眠的男子每晚約出現陰莖勃起4次～6次，每次可持續25分鐘～30分鐘。如果清晨在淺睡眠狀態下醒來，即可發生所謂的"清晨勃起"。

因此，陰莖勃起是一個復雜的神經血管反應，除需要3個血液動力學協調(增加動脈血流、海綿體竇平滑肌松弛和減少陰莖靜脈回流)外，尚需神經、神經遞質、平滑肌及白膜的參與，在神經遞質的調控下，陰莖動脈和海綿體平滑肌松弛、動脈和海綿竇擴張、動脈血流入量增加、靜脈流出量減少，陰莖勃起以利于性交；射精后由于陰莖動脈及海綿竇收縮，白膜下靜脈叢開放，血液流入導靜脈，陰莖則疲軟，這就是陰莖勃起與疲軟的機理所在。任何影響勃起的心理因素(如各種心理創傷、夫妻關系或人際關系不協調、性生活場所不適當等)和各種器質性因素(血管性、神經性、內分泌性、藥物以及煙酒等)均可造成勃起不能，即陽痿。