Fungsi reproduksi pria melibatkan gairah seksual, ereksi, orgasme, dan ejakulasi air mani.
Penis menjadi ereksi melalui interaksi yang kompleks antara faktor fisiologis dan psikologis.
Kontraksi selama ejakulasi mendorong air mani masuk ke dalam uretra dan kemudian keluar dari penis.
Saat terangsang, penis akan ereksi, sehingga memungkinkan penetrasi selama hubungan seksual. Ereksi merupakan hasil dari interaksi yang kompleks antara rangsangan neurologis, vaskular, hormonal, dan psikologis. Rangsangan yang menyenangkan menyebabkan otak mengirimkan sinyal saraf melalui sumsum tulang belakang ke penis. Arteri yang menyuplai darah ke jaringan ereksi (corpora cavernosa dan corpus spongiosum—lihat gambar ) merespons dengan melebar (berdilatasi). Arteri yang melebar secara tiba-tiba akan meningkatkan aliran darah ke area ereksi. Pada saat bersamaan, otot-otot di sekitar vena yang biasanya mengalirkan darah dari penis akan menegang, memperlambat aliran darah yang keluar, dan meningkatkan tekanan darah di penis. Kombinasi antara peningkatan aliran masuk dan penurunan aliran keluar inilah yang menyebabkan penis dipenuhi dengan darah dan bertambah panjang, diameter, dan kekakuannya.
Orgasme adalah puncak dari gairah seksual. Ejakulasi biasanya terjadi ketika orgasme, hal ini disebabkan ketika rangsangan pada kepala penis dan rangsangan lainnya mengirimkan sinyal ke otak dan sumsum tulang belakang. Syaraf merangsang kontraksi otot di sepanjang vesikula seminalis, prostat, saluran epididimis dan vas deferen. Kontraksi ini memaksa air mani masuk ke dalam uretra. Selanjutnya kontraksi otot di sekitar uretra mendorong air mani lewat dan keluar dari penis. Leher (dasar) kandung kemih juga menyempit untuk menjaga air mani agar tidak mengalir kembali ke dalam kandung kemih.
Setelah ejakulasi terjadi—atau stimulasi berhenti—arteri menyempit dan vena terbuka sehingga aliran darah ke dalam berkurang, sementara aliran darah ke luar meningkat, dan menyebabkan penis menjadi lemas (detumesensi). Setelah detumesensi, ereksi tidak akan terjadi selama beberapa waktu (periode refraktori), umumnya sekitar 20 menit pada pria muda.
