男性阴茎由两条阴茎海绵体和一条尿道海绵体组成。海绵体是由平滑肌构成的海绵网状结构，网间的空隙是海绵窦，直接与血管相通。

海绵体里面布满血管和神经组织，神经中敏感的是感觉神经。

当男性接受外界刺激时，如来自局部的接触性刺激，由眼、耳等感官产生的刺激或意识所产生的心理现象，都可使高级神经中枢兴奋。在大脑皮层的调节下，腰骶部的勃起神经中枢发出勃起神经冲动，作用于阴茎海绵体血管。此时让血液流入的动脉血管明显扩张，于是大量的血液流入海绵体内；与此同时，让血流流出的静脉血管收缩，使血液流出量减少，这样血液就充分潴留在海绵体内丰富的小血管腔隙中。由此，阴茎就呈勃起状态了。

正常男性的阴茎，除了在外界刺激下，经过神经反射作用，出现勃起现象之外，有时内脏器官的反射作用也会导致阴茎勃起。明显的是在早晨睡醒前，当膀胱内充满尿液时，由膀胱内压力增强所产生的刺激作用，可以使阴茎发生一种潜意识的反射性勃起，这是一种正常的生理现象，医学上称之为清晨勃起。

据美国一位学者的研究资料分析，男子在成年后20～30岁时，清晨勃起的次数增多，到了中年时期则开始减少。一位德国医生也研究了这种生理现象。他认为，男子在疾病期间，清晨阴茎勃起的现象会消失；当身体康复后，阴茎勃起的现象又出现。因此，阴茎清晨勃起现象，可以作为观察男子精力和健康状况的参考指标之一。