การแข็งตัวขององคชาตเกี่ยวข้องกับกระบวนการส่วนกลางและส่วนปลาย การพองตัวจะเริ่มหลังจากกระบวนการจากส่วนกลางและการ
กระตุ้นจากการสัมผัส การมองเห็น การรับกลิ่น และจินตนาการผสมผสานกัน เมื่อมีการกระตุ้น กระแสประสาทจะถูกส่งไปยังเนื้อเยื่อที่เกี่ยวข้อง ซึ่งสุดท้ายจะถูกส่งไปยังองคชาตโดยระบบประสาทแบบอัตโนมัติจากไขสันหลัง และผ่านระบบประสาทที่อยู่ใต้อำนาจจิตใจไปที่กล้ามเนื้อลายบริเวณอวัยวะเพศและทวารหนัก การแข็งตัวขององคชาตจากระบบประสาท 2 ระบบนี้ต้องอาศัยสารสื่อประสาทและกลไกจำนวนมาก ซึ่งยังไม่เป็นที่ทราบทั้งหมด
ที่ไขสันหลังจะมีโยงใยประสาท ซึ่งเริ่มจากที่เซลล์ประสาทรับสัญญาณอวัยวะเพศ เซลล์ประสาทประสานงานที่ไขสันหลัง กลุ่มเซลล์
ประสาทซิมพาเทติก พาราซิมเทติก และโซมาติกในไขสันหลัง ซึ่งมีความสามารถและหน้าที่ในการรวบรวมข้อมูลที่ได้รับ ที่ระดับประสาทส่วนปลาย สมดุลระหว่างสารที่ทำหน้าหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบคาเวอร์โนซา (cavernosa) เป็นตัวกำหนดการทำหน้าที่ขององคชาต
โดยปฏิกิริยาของสารขยายหลอดเลือดและสารบีบหลอดเลือดขณะนั้นจะเป็นตัวทำให้เกิดการแข็งตัวหรือหดตัว การแข็งตัวขององคชาตถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงแรงดันในหลอดเลือดแดงและช่องว่างในกล้ามเนื้อเรียบคาเวอร์โนซา (cavernosa) จะถูกล้อมรอบด้วยกล้ามเนื้อเรียบและเซลล์บุผนังหลอดเลือด ระหว่างองคชาตหดตัวเนื้อเยื่อเหล่านี้จะหดตัวและยอมให้เลือดไหลผ่านได้เพียงเล็กน้อยเพื่อให้สารอาหาร ระดับแรงดันออกซิเจน (PO2) ในเลือดจะอยู่ที่ 35 มิลลิเมตรปรอท ในทางกลับกันการขยายตัวของหลอดเลือดจะเป็นเหตุการณ์แรกที่เกิดขึ้นในการแข็งตัวขององคชาต
ผลที่ตามมาคือการไหลเวียนของเลือดเข้าสู่หลอดเลือดและโพรงช่องว่างภายในองคชาตมากขึ้น ซึ่งจะเกิดการขยายตัวและปิดกั้นเลือดที่ไหลเข้ามา เช่นเดียวกันกับเลือดดำที่ไหลออกลดลงจากหลอดเลือดดำที่ถูกบีบอยู่ระหว่าง tunica albuginea และกล้ามเนื้อ
เรียบคาเวอร์โนซา (carvernosa) ที่ขยายตัวขึ้นซึ่งนี่ก็จะทำให้ภายในกล้ามเนื้อเรียบคาเวอร์โนซา(cavernosa) เพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 100 มิลลิเมตรปรอท ดังนั้นการแข็งตัวขององคชาตจึงเกี่ยวข้องกับการคลายตัวของโพรงกล้ามเนื้อเรียบ การขยายของหลอดเลือด และการที่หลอดเลือดดำถูกบีบ ดังนั้นจิตใจจึงมีส่วนสำคัญระดับ 1 ใน 4 ที่ช่วยให้การแข็งตัวเต็มที่ได้หรือไม่ได้ ไม่ใช่แค่ร่างกายพร้อมเท่านั้น กายและจิตใจจึงต้องไปคู่กัน
