A pesar de lo localizado que parece ser el fenómeno de la erección, es de hecho, el resultado de un proceso complejo que involucra los sistemas endocrino, muscular, vascular y neurológico. El pene se pone duro tras una serie de pasos distintos. La primera reacción, la excitación, ocurre cuando los nervios son estimulados y los vasos sanguíneos microscópicos del órgano comienzan a dilatarse. Esto puede desencadenarse por algo que ve, huele, escucha, siente o imagina. El lazo es tan íntimo e inmediato que es como si el pene tuviera sus propios sentidos.

Cuando el cerebro decide que es momento de que el pene se levante, envía señales al área lumbar de la espina dorsal. De ahí, el mensaje es llevado a través de una red nerviosa que desemboca en el pene. Cuando llega, los pequeños músculos de las arterias del miembro se relajan y la sangre comienza a llegar en un rango de seis a ocho veces mayor que el normal. El miembro se hincha, lo que lo mantiene mas grande y erecto. Cuando todo funciona como se debe, el pene se mantiene duro el tiempo suficiente como para alcanzar su objetivo. Esto se debe a que un mecanismo que asemeja a una válvula impide que la sangre regrese demasiado pronto.