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なぜ、通常小さく柔らかい陰茎が膨張し、硬くなるのかについては、大脳と血液の働きが深く関係しています。
つまり、視覚、聴覚、嗅覚、あるいは空想などで大脳皮質（脊髄より上位の中枢）が刺激されると、大脳が興奮します。これを勃起発現刺激といいます。その興奮が脊髄を通って勃起神経にまで届きます。さらに勃起神経の末端からＮＯ（一酸化窒素）という物質が出て、陰茎の中の海綿体平滑筋に作用して、細胞内のサカンド・メッセンジャーであるサイクリックＧＭＰ（cＧＭＰ）を増やします。このcGMPが増えると海面体平滑筋が緩み、血液が流入します。
ただし、血液が海綿体に流入しただけでは勃起は持続しません。ある程度血液が流入しますと陰茎海綿体の白膜が引き伸ばされて、静脈が閉塞（静脈閉鎖機構）します。つまり、陰茎に流入した血液が海綿体にプールされた状態になります。
こうして、挿入に必要な硬さに強直し、勃起が完成するということです。
性行為は、端的にいうと、まず性欲が起こり、陰茎が勃起し、陰茎の膣内挿入、そして射精という一連の動作から成り立っています。これらの工程は大脳の働きで強くコントロールされていますが、そのどこに異常が起こってもＥＤは起こるのです。