Penisin sertleşmesi ve tekrar yumuşaması karışık bir durumdur. Sertleşmenin olabilmesi için beyin, omurilik, omurilikten çıkıp penise gelen sinirler, kan damarları, penisteki kas ve hormonların normal olması gerekir. Bütün bunlar normal olsa bile, penis durduk yere kendiliğinden yine sertleşmez. Sertleşme için cinsel bir uyarana ihtiyaç vardır. Bu uyaran görüntü, düşünce, temas, koku, ses ya da  bunların birleşiminden oluşabilir.

Seksüel yani cinsel bir uyarı sonucu, beyin penis sinirlerine bazı sinyaller gönderir. Bu sinyallerin etkisiyle peniste korpus kavernozum adı verilen silindir şeklindeki yapılarda bulunan düz kaslar gevşer. Bu gevşeme penis atar damarlarında da meydana gelir.

Korpus kavernozum, penis içinde bulunan 2 adet silindir şeklinde bir oluşumdur. Ereksiyon bu yapının içine kan dolması sonucu oluşur. Cinsel uyarı ile korpus kavernozum ve atar damarlarda bulunan düz kaslar gevşer. Böylece penis içine giren kan akımı artar, penis genişler ve boyu uzar. Genişleyen penis, penise giren kanın penisten çıkışını sağlayan toplar damarları sıkıştırır. Böylece kan penis içerisinde hapsolur ve erkesiyon oluşur. Penisteki sertleşme hali, cinsel uyarı devam ettiği sürece devam eder. Boşalma olduğunda ya da cinsel uyarı sona erdiğinde toplardamarlar açılır, penis içindeki kan boşalır ve penis eski yumuşak haline geri döner.