L’erecció és el procés de modificació de la grandària, la consistència i l’orientació del penis. En situació de repòs, el penis és un òrgan flàccid que se situa per davant de l’escrot amb el gland en la seva part més baixa. Amb el procés d’erecció, el penis creix, especialment en longitud, esdevé rígid i s’alça cap endavant, de manera que el gland queda situat més amunt de l’arrel. En definitiva, en estat d’erecció el penis adquireix les característiques necessàries per a realitzar el coit.
L’estat del penis, en situació de flaccidesa o d’erecció, depèn del grau de repleció sanguínia dels seus cossos erèctils, controlat de manera involuntària pel sistema nerviós vegetatiu o autònom. La quantitat de sang continguda en els cossos erèctils depèn del flux de sang que hi arriba i la capacitat de les nombroses cavitats en què es troben dividides. El flux sanguini depèn del diàmetre de les artèries heli-cines, que depèn del grau de contracció de les fibres musculars de les seves parets. Igualment, la grandària de les cavitats depèn del grau de contracció de les fibres musculars que hi ha a les trabècules que les separen. En definitiva, la repleció sanguínia dels cossos erèctils depèn del grau de contracció de les fibres musculars dels vasos sanguinis i les trabècules. Aquesta contracció muscular és regulada pels estímuls que reben a través de les fibres nervioses del sistema nerviós autònom.
Quan una persona està desperta i no es troba sotmesa a una estimulació sexual, predomina l’acció de la part simpàtica del sistema nerviós autònom, que provoca la contracció involuntària de les fibres musculars. En aquesta situació, el flux sanguini és relativament reduït, les cavitats dels cossos erèctils són relativament petites, i la sang que hi flueix és evacuada completament per les venes. En definitiva, els cossos erèctils no s’omplen i el penis es manté flàccid.
L’erecció es produeix automàticament, de manera involuntària, quan predomina l’acció de la part parasimpàtica del sistema nerviós autònom que innerva el penis. Aquest predomini parasimpàtic es presenta en general com a resposta reflexa a l’estimulació sexual, i també es pot manifestar en els moments de relaxació intensa, durant el son. En aquesta situació, les fibres musculars del penis es relaxen i per tant s’incrementa el flux de sang per les artèries helicines i s’eleva la capacitat de les cavitats dels cossos erèctils. D’aquesta manera els cossos erèctils s’omplen de sang, que a més és evacuada amb dificultat perquè les venes que circulen per les trabècules queden comprimides. En definitiva, el penis s’engrosseix i adopta una gran consistència. L’erecció es produeix sobretot a causa de la repleció dels cossos cavernosos, les trabècules dels quals contenen fibres abundants. El cos esponjós també s’engrosseix, però es conserva relativament tou pel fet que les seves trabècules són més fines i elàstiques. Per aquesta raó, la uretra masculina, situada per l’interior del cos esponjós, no queda obstruïda i pot passar-hi l’esperma durant l’ejaculació. Quan es produeix l’ejaculació, torna a predominar l’acció del sistema nerviós simpàtic, els cossos erèctils es buiden de sang i es recupera progressivament l’estat de flaccidesa del penis.
L’ejaculació és l’emissió del semen a l’exterior pel meat uretral, que en general es presenta en la culminació de la resposta sexual masculina. Aquest procés és desencadenat per impulsos rítmics del sistema nerviós simpàtic, que ocasionen inicialment contraccions peristàltiques en els conductes dels testicles, l’epidídim i el conducte deferent. Les contraccions fan que es desplacin els espermatozoides i les secrecions produïdes en aquesta estructura fins a la uretra prostàtica. Els impulsos del sistema nerviós simpàtic també provoquen la contracció de les fibres musculars de la pròstata i de les vesícules seminals, que buiden llur contingut en la mateixa part de la uretra. Finalment, quan l’estímul sexual és més intens, es contreu tota la musculatura que envolta la uretra i provoca el vessament del contingut. Aquestes contraccions finals se succeeixen rítmicament, gairebé una contracció cada 7 o 8 dècimes de segon, i impel·leixen el semen a l’exterior.
La contracció dels músculs que originen l’ejaculació es produeix per estímuls procedents del sistema nerviós autònom, i per tant és involuntària. Tanmateix, però, a causa de les connexions del sistema nerviós central amb el sistema nerviós vegetatiu, l’aprenentatge pot influir en el desenvolupament del reflex de l’ejaculació. En aquest desenvolupament hi són especialment importants les primeres experiències sexuals, que poden determinar la presentació de l’ejaculació en una fase més o menys avançada de la resposta sexual. En general, l’ejaculació es produeix en la part final de la resposta sexual de l’home, i és desencadenada de manera reflexa pels moviments de fricció repetits sobre el penis erecte. Tanmateix, però, es pot produir igualment sense estímuls físics, a causa d’estímuls desencadenats en el sistema nerviós central. Així, es poden produir ejaculacions involuntàries durant el son, anomenades pol·lucions nocturnes, que no necessàriament són desencadenades per somnis de contingut eròtic. Aquestes emissions nocturnes de semen se solen presentar quan no es manté una vida sexual freqüent i són especialment habituals en la pubertat.