陰莖主要由勃起組織及肌肉組成，勃起組織中有一些稱為海綿體的組織，就像海綿一樣，有很多空隙。而勃起就是因血液流入所致。由於陰莖的前端有很多神經末梢，非常敏感，當受到外來的刺激，例如: 觸摸到陰莖、衣物摩擦、性刺激或性幻想等，較多血液會流入陰莖，導致陰莖內面柔軟的海綿體充血膨脹，繼而變硬和勃起了。
陰莖於熟睡和清晨的時候勃起是常見的生理現象。男性的雄性激素睾酮在血液中的濃度多在清晨達到峰值，有誘發刺激陰莖勃起作用。另外，夜間排尿次數相對減少，尿液使膀胱充盈，膀胱內壓力增加所產生作用，使陰莖出現反射性勃起。如果遇到陰莖勃起的情況，只需放鬆心情，想想其他事以分散自己的注意力，很快便會回復自然狀態。