陰茎の内部には、左右1対の陰茎海綿体と、その下側にあり中に尿道が通る尿道海綿体の、計3本の海綿体が通っている。
海綿体は、陰茎の根元から先端まで続いており、また根元では会陰部へも伸びている。
海綿体の内部は、蛇行する静脈洞が密集してスポンジ状になっていて、そこには陰茎深動脈から血液が運ばれる。
性的に興奮すると、副交感神経を通じて血流が調節され、この静脈洞に血液が貯留され、静脈を介して流れ出しにくくなる。
これにより、海綿体は血液が満ちて大きく膨張して硬くなる。
したがって、陰茎全体も硬く大きくなる。これを陰茎の勃起と呼ぶ。