В состоянии эрекции тело полового члена при умеренном сдавливании его двумя пальцами ощущается ригидным, а головка полового члена эластичной. Такое явление основано на развитии внутри пещеристых тел давления крови, близкого к среднему артериальному давлению.

Угол отклонения полового члена от горизонтальной плоскости в состоянии эрекции зависит от размеров полового члена и величины давления крови в нем. По мере старения человека угол отклонения полового члена от горизонтальной оси во время эрекции в норме уменьшается, возможно, вследствие снижения величины давления крови и (или) из-за постепенного ослабления подвешивающих связок.

Авторы установили, что в среднем объем крови внутри полового члена при переходе его из вялого состояния в состояние эрекции увеличивается в восемь раз, при разбросе результатов в шести случаях измерений, показавших увеличение объема при полной эрекции в диапазоне от 4 до 11 раз. Если эти цифры использовать в сравнении с рассчитанной на основе объективных измерений величиной объема полового члена (62 мл.) и предположить, что увеличение объема полового члена во время эрекции составляет 100%, то среднее увеличение объема крови в восемь раз означало бы, что среднее содержание крови внутри полового члена, находящегося в вялом состоянии, будет составлять приблизительно 8 мл.

Первым признаком набухания полового члена является увеличение его длины, предшествующее увеличению длины его окружности. При достаточно интенсивной стимуляции происходит увеличение объема полового члена, сначала медленное, а затем более быстрое. Весь цикл эрекции полового члена можно разделить на 4 фазы:

1. Фаза покоя: постоянные объем полового члена, внутрипещеристое давление и объем крови в половом члене.
2. Фаза набухания: увеличивается объем полового члена и происходит небольшое увеличение внутрипещеристого давления. Продолжительность этой фазы зависит от возраста мужчины и на нее влияет интенсивность сексуальной стимуляции, а также восприимчивость к ней.
3. Фаза эрекции: объем полового члена постоянен, а внутрипещеристое давление увеличивается по меньшей мере до 80 мм рт. ст.
4. Фаза детумесценции (быстрая): ригидность полового члена исчезает, а его объем уменьшается.
5. Фаза детумесценции (медленная) или фаза восстановления: объем полового члена возвращается к исходному уровню.

Это явление - полное набухание полового члена, происходящее раньше, чем внутрипещеристое давление, возрастет до величины, необходимой для поднятия полового члена в состояние эрекции.

Отток крови, который в стабильном состоянии (т. е. при постоянном объеме полового члена) равен ее притоку, характеризует объем крови, поступающей к ткани. При помощи методики вымывания ксенона получили объем крови в половом члене, находящемся в вялом состоянии, равный 2,5-8 мл.

Установлено, что у здоровых молодых мужчин объем артериального притока крови во время перехода от вялого состояния полового члена к периоду самого быстрого его набухания возрастает в 25-60 раз. Такое значительное увеличение кровотока требует наличия хорошо координированной нервно-мышечной системы и весьма разветвленного артериального ложа, снабжающего кровью пещеристую ткань. Тот факт, что время протекания 2-й фазы эрекции (набухание) увеличивается с возрастом, кажется легко объяснимым просто тем обстоятельством, что с увеличением возраста происходит постепенное старение артериальной системы, сопровождающееся небольшим снижением ее эластичности.

Фаза детумесценции длится дольше, чем фаза набухания. За периодом дренирования, которое характеризуется начальной фазой быстрого оттока (до-50 мл/мин), следует период медленного оттока, скорость которого постепенно приближается к исходному уровню. Можно утверждать, что начальный период оттока вызывается высоким внутрипещеристым давлением, так как максимальная скорость его, достигающая  50 мл/мин, эквивалентна пропускной способности венозной дренажной системы. Эти цифры хорошо совпадают с данными относительно скорости инфузии, необходимой для вызывания искусственной эрекции у мужчины, находящегося под общим наркозом, или у трупа. Медленная часть фазы детумесценции может быть вызвана сокращением гладкой мускулатуры пещеристой ткани. У мужчины нет точно очерченных сократительных мышц, в отличие от большинства животных, и такое сокращение, которое можно продемонстрировать экспериментально при воздействии холодом или внезапным раздражением, очевидно, является активным процессом, протекающим со скоростью, которая сходна с активностью гладкой мускулатуры.

Во время протекания этих фаз давление в головке полового члена и в губчатом теле не возрастает до таких величин, как в пещеристых телах. Было установлено, что при нахождении полового члена в вялом состоянии кровоток в головке полового члена был более интенсивным, чем в пещеристых телах (15-20 мл/мин/100 г). При сексуальной стимуляции отмечено небольшое снижение интенсивности кровотока (возможно, сопутствующее увеличению объема головки полового члена). За этим уменьшением следует быстрое увеличение притока крови, происходящее в то же самое время, когда начинается увеличение объема пещеристых тел. Рассчитанная интенсивность кровотока в головке полового члена в этот период колеблется в пределах 80-100 мл/мин/100 г. Эти изменения интенсивности кровотока можно объяснить следующим образом: вначале происходит слабое сужение вен, за которым следует увеличение притока артериальной крови, приводящее к такому увеличению внутригубчатого давления, которое дает возможность преодолеть венозное сопротивление оттоку крови. Кроме того, уменьшение наполнения венозной системы, происходящее в период снижения оттока крови от пещеристых тел, может способствовать увеличению оттока крови от головки полового члена.

На основании анатомических описаний и функциональных исследований теория механизма эрекции может быть представлена следующими шестью пунктами:

1. Расслабление подушек Эбнера (активное), вызывающее снижение сопротивления артериальному давлению и кровотоку.
2. Дилатация артериальных сосудов (пассивная и (или) активная), увеличивающая объем и способствующая тому, что давление внутри пещеристых пространств становится равным артериальному давлению, и  увеличению интенсивности кровотока.
3. Закрытие А-В (артериовенозных) шунтов (активное), предотвращающее отток крови из артериальных сосудов.
4. Расслабление гладкой мускулатуры пещеристой ткани (активное), уменьшающее сопротивление увеличению объема пещеристых тел, вызываемому возросшим притоком артериальной крови.
5. Закрытие (или саморегуляция) венозных клапанов (активное) для предотвращения оттока возросшего объема артериальной крови, находящейся под высоким давлением.
6. Растяжение сосудов (пассивное), обеспечивающее беспрепятственный кровоток под высоким давлением.

Описанные выше процессы превращают внутрипещеристое пространство из системы с небольшим объемом и низким давлением в систему с большим объемом и высоким давлением, необходимую для обеспечения проникновения полового члена в щелевидный, мягкий, способный к расширению канал. Увеличившаяся головка полового члена (с невысоким давлением внутри нее) может действовать как функциональный амортизатор, предотвращающий возникновение боли или повреждений в принимающих половой член органах женщины. К тому же давление в тканях, окружающих выходное отверстие эякуляторного канала, не должно превышать величину давления в камере высокого давления, образуемой в бульбарной части мочеиспускательного канала перед эякуляцией.

Дискуссия по поводу наличия или отсутствия активной венозной регуляции во время 2 и 3-й фаз цикла эрекции продолжалась долгое время. Из данных, полученных к сегодняшнему дню, кажется очевидным, что какая-то активная регуляция должна существовать в силу следующих причин:

1. Проведенные измерения указывают на наличие сниженного или постоянного объема оттекающей крови во время фазы набухания, несмотря на большую емкость системы оттока (исследования с применением ксенона).
2. Отмечается уменьшение выхода контрастного вещества из пещеристых тел во 2-й фазе.
3. Равенство величин минутного объема оттекающей крови (мл/мин) во время фазы детумесценции при нормальной эрекции (плетизмография и исследования с применением ксенона) и во время постоянной инфузии при вызывании искусственной эрекции во время общего наркоза).
4. Фаза детумесценции была бы необъяснимой, если бы закрытие венозных клапанов было пассивным, т. е. если бы клапаны закрывались исключительно благодаря повышению внутрипещеристого давления.
5. Невозможность развития эрекции в том случае, если между пещеристым и губчатым телами была образована фистула (с целью устранения приапизма), оставленная открытой.
6. Описаны случаи утечек крови из пещеристых тел, ведущих к нарушению эрекции, и восстановление способности к развитию эрекции после хирургического вмешательства, устраняющего эти утечки.