A função reprodutora masculina envolve a excitação sexual, a ereção, o orgasmo e a ejaculação de sêmen.
O pênis torna-se ereto através de uma interação complexa de fatores fisiológicos e psicológicos.
As contrações durante a ejaculação forçam o sêmen para dentro da uretra e então para fora do pênis.
Durante a excitação sexual, o pênis fica ereto, o que permite a penetração durante a relação sexual. A ereção é resultante de uma complexa interação de estímulos neurológicos, vasculares, hormonais e psicológicos. Os estímulos de prazer induzem o cérebro a enviar sinais nervosos através da medula espinhal ao pênis. As artérias que fornecem sangue ao tecido erétil (os corpos cavernosos e os corpos esponjosos – consulte a figura Órgãos reprodutores masculinos) respondem a esse comando e se alargam (dilatação). As artérias alargadas aumentam radicalmente o fluxo sanguíneo para essas zonas eréteis. Ao mesmo tempo, os músculos em volta das veias que normalmente drenam sangue do pênis ficam tensos, retardando a saída do fluxo de sangue e elevando a pressão sanguínea no pênis. Esta combinação de influxo aumentado e fluxo para fora diminuído é que faz com que o pênis se torne obstruído com sangue e aumente em comprimento, diâmetro e rigidez.
O orgasmo é o clímax da excitação sexual. A ejaculação normalmente ocorre com o orgasmo, causada quando a estimulação da glande peniana e outros estímulos enviam sinais ao cérebro e à medula espinhal. Os nervos estimulam as contrações musculares ao longo das vesículas seminais, próstata, dutos do epidídimo e canal deferente. Essas contrações forçam o sêmen para a uretra. A contração dos músculos que rodeiam a uretra aumenta o impulso do sêmen através e para fora do pênis. O pescoço (base) da bexiga também se contrai para evitar que o sêmen flua para trás e entre na bexiga.
Depois da ejaculação – ou quando a estimulação cessa – as artérias se contraem e as veias se abrem, o que reduz a entrada do sangue, aumenta a saída do fluxo sanguíneo e faz com que o pênis fique mole (detumescência). Depois da detumescência, não se consegue obter outra ereção durante um determinado período (período refratário), que costuma durar cerca de 20 minutos nos indivíduos jovens.
