Meskipun ereksi pada penis tampaknya terjadi dengan cepat, hal tersebut merupakan proses yang rumit dan membutuhkan kerja sama banyak sistem di dalam tubuh. Proses itu mulai dan otak, sistem syaraf, pembuluh darah sampai hormon turut dilibatkan agar ereksi bisa terjadi. Mekanisme terjadinya ereksi ini disebut Tumescensi.
Pada saat istirahat (tanpa aktivitas seksual), pembuluh-pembuluh darah arteri di daerah Corpora Cavernosa, serta otot-otot polos di trabekel yakni sekitar sinusoid akan mengalami kontraksi (penciutan) sehingga darah yang masuk ke penis sangat sedikit. Rongga-rongga sinusoid di Corpora Cavernosa hanya terisi sedikit darah sehingga penis dalam keadaan lembek..
Ketika tubuh menerima rangsangan seksual baik melalui penglihatan, perabaan, penciuman, fantasi (khayalan) dan sebagainya, maka penerima stimulasi seksual akan segera bereaksi dan mengirim pesan kepada sistem syaraf yang dilanjutkan ke hipotalamus kemudian turun ke bawah melalui wedulla spinalis atau sumsum tulang belakang.
Selanjutnya melewati nucleus atau inti-inti syaraf otonom di S2-4 (vertebra sacralis) diteruskan ke jaringan-jaringan erektil di Corpora Cavernosa. Di dalam jaringan erectil ini, dihasilkan bermacam-macam neurotransmitter (penghantar impuls syaraf).
Salah satu yang amat berperan untuk membuat penis ereksi ialah NO (nitrogen oksida). NO dihasilkan dari oksigen dan L-Arginin di bawah kontrol sintase nitrik oksida. Sesudah terbentuk, NO dilepaskan dari neuron dan endotel sinusoid di Corpora Cavernosa. NO menembus sel otot polos yang mengaktifkan enzim yang disebut guanilyl cyclase.
Guanilyl cyclase selanjutnya mengubah guanosin triphosphat (GTP) menjadi siklik guanosin Monophosphat (cGMP). Melalui beberapa proses kimiawi, cGMP membuat otot-otot polos dalam Corpora Cavernosa di dalam trabekel-trabekel dan di dalam arteriol-arteriol mengalami relaksasi sehingga seluruh pembuluh darah di Corpora Cavernosa serta sinusoid akan mengalami pelebaran atau pembesaran.
Selanjutnya rongga-rongga (sinusoid) penuh dengan darah sehingga penis mulai membesar. Rongga-rongga yang terisi itu kemudian menekan pembuluh darah balik (vena) di dekatnya sehingga darah tidak bisa ke luar dari Corpora Cavernosa dan darah terperangkap di Corpora Cavernosa dan penis tambah besar sampai keras.
Selama proses itu terjadi, impuls seksual terus timbul di dalam otak dan terjadi relaksasi otot-otot polos di dinding pembuluh darah dan trabekel-trabekel sehingga terjadi dilatasi (pelebaran) pembuluh darah serta pembesaran sinusoid maka penis akan terus mengeras.
Detumescensi (Menurunkan Ereksi)
Untuk menjaga supaya ereksi tidak terjadi terus-menerus, maka cGMP harus dikurangi sehingga tidak terjadi relaksasi otot-otot polos terus menerus. Di dalam sel otot polos di dalam Corpora Cavernosa ada mekanisme tersendiri, yakni adanya 5 yang mengubah cGMP menjadi 5 guanosine wonophospbat (SGMP), sehingga jumlah cGMP berkurang.
Bila cGMP tinggal sedikit maka relaksasi otot polos akan hilang kemudian mengkerut (kontraksi) sehingga penis menjadi kecil atau kembali ke fase istirahat. Kemudian bila ada stimulasi seks, NO akan dibentuk lagi dan akhirnya cGMP akan meningkat dan otot polos akan mengalami relaksasi dan penis ereksi lagi.
Selama tidak ada stimulasi seks, penis akan tetap istirahat. NO tidak diproduksi sehingga cGMP tidak terbentuk dan penis akan tetap lembek. Demikian mekanisme ereksi, istirahat, ereksi dan istirahat dari penis manusia.
