要想了解陰莖爲什麼會勃起，還要從陰莖的解剖結構談起。
陰莖由3條長形海綿體組成，包括位於背側的2個陰莖海綿體和位於腹側的1個尿道海綿體(尿道穿過其間)。陰莖海綿體是勃起組織，特別是海綿體竇和動脈壁的平滑肌。包繞陰莖的組織由表及裏依次爲皮膚、陰莖淺筋膜、陰莖深筋膜和白膜。爲了能有效地發揮作用，這些筋膜必須在陰莖勃起時有高度的堅硬度與中軸力量，而在陰莖疲軟時變得柔軟;這些筋膜層在勃起時必須對稱地延長及增加周徑，並形成一個直的勃起。白膜結構複雜，內層纖維呈環形，外層呈縱形。
一個健全白膜的膠原纖維與其下層的彈性纖維有密切的關連，才能進行正常的強有力的性反應的一面及柔軟的另一面。多層次的筋膜排列可使一層筋膜在另一層上滑動，這樣就可以勃起時阻止靜脈血液外流。
正常情況下，這種阻塞機制與平滑肌小樑及小動脈鬆弛是同時進行的，這樣才能使大量動脈血流入，將海綿體竇隙擴大，使白膜下的小靜脈受壓。另外白膜筋膜層互相滑動使導靜脈阻塞，減少陰莖靜脈血外流而有助於形成一個完全堅硬的勃起。
需要弄清楚的是：由於包繞陰莖海綿體的白膜厚韌緻密，包繞尿道海綿體的白膜較薄，在陰莖勃起時硬度較差，但更富於彈性。由於陰莖頭無被膜、尿道海綿體及陰莖頭在勃起時只發生體積的擴張，不會像陰莖海綿體那樣因爲具有厚韌的白膜而提供勃起時所具有的硬度，所以陰莖頭在勃起時也是很軟的。
有些男士把雙方性不滿足的原因歸咎於陰莖頭不硬，甚至說過去一直很硬，現在不硬了，這是一種誤解。認清在陰莖海綿體、尿道海綿體和陰莖頭之間存在的被膜及內部結構的差別，就可以理解它們的功能差異和在勃起中的不同表現。
