Durante la excitación sexual, los impulsos nerviosos aumentan el flujo sanguíneo a ambos cilindros. Este aumento del flujo sanguíneo dilata, endereza y endurece el pene. Esto se denomina erección.

En esta fase, el cerebro está muy activo, y el sistema nervioso parasimpático, que controla la relajación, reduce las inhibiciones que normalmente evitan las erecciones cuando estamos despiertos. Esto hace que aumente el flujo de sangre al pene, provocando la erección.

La razón de esto no está clara. La razón por la que los hombres se despiertan con una erección puede estar relacionada con el hecho de que a menudo nos despertamos saliendo del sueño REM. Se ha demostrado que la testosterona, que alcanza su nivel máximo por la mañana, aumenta la frecuencia de las erecciones nocturnas.