Erekce je složitá souhra nervových a cévních mechanismů, které zpravidla začínají v mozku a souvisí se sexuální stimulací.
Při sexuálním vzrušení putují signály z mozku do nižších oblastí míchy a dále na periferii, kde vyvolají relaxaci hladké svaloviny stěn arterií. V důsledku toho se zvýší přítok krve do penisu a houbovitá tkáň v kavernózních tělesech se začne plnit krví. Naplněná kavernózní tělesa mechanicky stlačí žíly odvádějící krev, což má za následek snížení odtoku krve. Penis se naplňuje krví, prodlužuje a tvrdne.
Erekce končí po výronu semene (ejakulaci) nebo když vymizí signály, které erekci vyvolaly. Přítok krve a tlak kavernózního tělesa na žíly odvádějící krev se sníží. Krev z kavernózního tělesa odteče a penis změkne. Při sexuální stimulaci vysílá mozek signály, které podporují uvolňování NO (oxidu dusnatého) v penisu.