การแข็งตัวขององคชาต
เพราะว่าเป็นการตอบสนองอัตโนมัติ การแข็งตัวอาจเกิดขึ้นจากสิ่งเร้าหลายอย่างรวมทั้งการเร้าอารมณ์เพศ (sexual stimulation) และอารมณ์ทางเพศ
ดังนั้น จึงไม่ได้อยู่ใต้อำนาจจิตใจโดยสิ้นเชิง
การแข็งตัวในระหว่างการนอนหลับหรือเมื่อตื่นนอนมีศัพท์ทางแพทย์ภาษาอังกฤษว่า nocturnal penile tumescence
และความปราศจากการแข็งตัวในระหว่างการนอนหลับสามารถใช้ในการแยกแยะเหตุที่เป็นไปทางกายภาพหรือทางจิตใจของภาวะหย่อนสมรรถภาพทางเพศสาเหตุทางร่างกาย (ICD-10 N48.4) หรืออวัยวะเพศไม่ตอบสนอง (เหตุทางใจ ICD-10 F52.2)
องคชาตที่ไม่แข็งตัวเต็มที่มีศัพท์การแพทย์ภาษาอังกฤษว่า partial tumescence
การแข็งตัวขององคชาต
ถ้าเกิดการกระตุ้นทางกาย การแข็งตัวจะเกิดขึ้นจากการสั่งการของระบบประสาทพาราซิมพาเทติก (ส่วนหนึ่งของระบบประสาทอัตโนมัติ) โดยไม่มีส่วน (หรือมีแค่เล็กน้อย) จากระบบประสาทกลาง
เส้นประสาทพาราซิมพาเทติกวิ่งไปจากข่ายประสาท sacral plexus เข้าไปยังหลอดเลือดแดงที่ส่งเลือดไปให้เนื้อเยื่อในองคชาต
ถ้าเกิดการกระตุ้น เส้นประสาทเหล่านี้จะหลั่งสาร acetylcholine
ซึ่งมีผลให้เกิดการหลั่งก๊าซไนโตรเจนออกไซด์จากเซลล์เนื้อเยื่อบุโพรง (endothelial cell) ในหลอดเลือดแดง trabecular ใน corpora cavernosa 
แล้วก๊าซก็จะกระจายเข้าไปยังกล้ามเนื้อเรียบของหลอดเลือดแดง (ที่เรียกว่า trabecular smooth muscle) 
โดยมีฤทธิ์เป็นสารขยายหลอดเลือด
ดังนั้น หลอดเลือดก็จะขยายตัวออกทำ corpora spongiosum และ corpora cavernosa ให้เต็มไปด้วยเลือด
และกล้ามเนื้อ ischiocavernosus และ bulbospongiosus ก็จะเข้าไปกดหลอดเลือดดำของ corpora cavernosa
จำกัดการไหลออกของเลือด