阴茎勃起是一个复杂的心理-生理过程，本质是一系列神经血管活动。
阴茎勃起一般是指男性阴茎受刺激后，在短时间内松弛开来，快速的充血，将血液灌注到海绵体内的静脉血管直到压力上升到一定的限度才停止。充满血液的阴茎海绵体会将阴茎撑起，令阴茎变硬和长，这时，勃起的阴茎就可以较自如地插入女性的阴道中，进行活塞运动-性交了。
阴茎勃起是天生就会的，男性胎儿在子宫内就可以勃起。勃起的方式有心理性勃起、反射性勃起和夜间勃起。心理性勃起是当男子因有关性内容的听觉、视觉、嗅觉以及思维、想象等刺激兴奋大脑皮层，并通过脊髓的胸腰段勃起中枢传出，作用于阴茎海绵体后，就会使动脉血管扩张，大量血液流入阴茎海绵体;静脉血管收缩，流出海绵体的血液减少时，血液便充分潴留在海绵体内丰富的血管和血窦中，使阴茎迅速产生心理性勃起。反射性勃起是而外生殖器受到直接触摸、走路摩擦等局部刺激或接受来自内部的对直肠和膀胱等的刺激时。凡接受对生殖器本身的刺激都能引起反射性勃起，它们通过阴部神经和骶髓勃起中枢起调节作用。这两种心理和生理刺激既可单独起作用，又可相互影响、共同卷入性活动之中。正常男子除了心理性勃起和反射性勃起外，还有一种夜间勃起，男子的睡眠总处于快动眼睡眠期和慢动眼睡眠期的交替中，也经历着勃起──疲软──再勃起──再疲软的生理过程，这在医学上称为阴茎夜间勃起，是健康男性正常的生理过程。
阴茎勃起的时间、频率、硬度会随年龄的增长而减少，而青春期至20岁左右是最强的。无论是心理性还是反射性勃起，外来刺激解除之后，阴茎就很快恢复到常态。夜间勃起也不例外。
