평상시 음경내 동맥과 해면체의 평활근은 수축 상태를 유지하고 있다. 발기 시에는 이러한 평활 근들이 이완되어 음경해면체로 유입되는 혈류가 증가하게 된다.
지속적으로 유입되는 혈류에 의해서 이완되어 있던 해면체구조가 팽창되고 이를 둘러싸고 있는 백막도 팽창된다.
도출정맥들은 팽창된 백막에 의하여 기능적으로 닫힘으로써 음경해면체로의 혈류 유입은 계속되고 유입된 혈류는 빠져나가지 못하므로 강직생태의 음경발기가 유지된다.
  성적인 자극이 소실되거나 사정에 이르고 나면
해면체구조나 동맥들의 평활근이 수축되어
음경해면체로의 혈류 유입이 감소하며
닫혀있던 정맥들이 열리면서
발기상태를 유지했던 혈류들이 빠져나가므로
음경은 다시 평상시의 이환 상태로 돌아간다.

이와 같이 음경의 발기는
자율신경계의 조절 하에 이루어지는 혈류역동학적인 현상이며, 자율신경계는 중추신경계의 시상하부와 말초신경에의 천추부에 위치한 부교감신경중추의 복합적인 신경활동에 의해서 조절된다.  
  몇 가지의 신경전달물질들의 음경발기에 관여하는 것으로 알려져 있다. 특히 음경내 평활근의 이완에 직접 관여하는 것은 산화질소인데 이는 산화질소합성효소에 의해 전구물질인 L-Arginine 으로부터 생성된다.
생성된 산화질소는 Guanyl cyclase 활성화시켜 cGMP를 만들어내며 cGMP는 평활근의 이완적용을 유발하고 Phosphodiesterase-5란 효소에 의해 분해되는데
이 효소를 억제하는 방해물질들은 음경발기를 유도하거나 유지하는 작용을 나타낸다.
  산화질소합성효소는 골반신경총, 해면체신경, 음경배부신경, 그리고 해면체동맥과 회선동맥에 산재한 신경총들에 많이 분포되어 있으며 내피세포에도 유사한 산화질소합성효소가 존재하여 산화질소에 의한 음경해면체의 이완작용을 일으킨다.
또한, PG I2 PG EI과 같은 Prostanoids나 VIP는
cAMP를 매개로 평활근의 이완작용을 나타내므로써
음경발기를 유발한다.