射精的生理过程可分为精液泄入后尿道、膀胱颈关闭及后尿道的精液向体外射出三方面。各方面的发生均有不同的神经支配和控制。射精的神经中枢在脊髓胸腰段，通过阴部神经传入刺激后到达中枢，再经过传出神经通过腹下神经及膀胱神经丛使附睾、输精管、精囊、前列腺及球海绵体的平滑肌收缩，使精液流入后尿道。由于贮存在后尿道的精液量增加，通过神经反射，使尿道及四周会阴肌群发生收缩而射精。此时，膀胱颈也受交感神经的控制而发生收缩。
在射精过程中，阴茎海绵体是参与勃起机制的组织，而尿道、尿道海绵体则与泄精和性欲高潮有关。在男性性兴奋期，勃起的阴茎将尿道拉长，原弯曲的管道变直，尿道的横径可增加为原来的2倍，尿道球部形成较静止期大3倍的腔，尿道口随刺激而张开。当性交时，交感神经兴奋释放大量的去甲肾上腺素，使附睾尾部向输精管方向输送精子加速。输精管和射精管是输送精子的通道，输精管也贮存部分已成熟的精子。在交感神经所释放的去甲肾上腺素的作用下，附睾、输精管、射精管发生相继的协调性收缩，而且为节律性强收缩，把精液驱入后尿道，输精管液可直接注入后尿道，而不需进入精囊内。
在交感神经支配和控制下，精囊平滑肌发生蠕动性收缩，将其分泌物排入后尿道。交感神经兴奋可使前列腺平滑肌收缩，前列腺液排出，膀胱括约肌收缩，精液排入尿道，膀胱颈反射性关闭，有防止精液逆向进入膀胱，同时防止尿液进入尿道的作用。此时，在会阴部大部分肌群的协同参与下，将精液通过尿道射出体外。与此同时，伴随尿道球部发生节律性收缩而产生欣快的感觉。开始为2～3 次非常强烈的收缩，随后是几次弱的收缩。欣快感及性高潮的程度因精神状态和性兴奋的强度、时间的不同而不同。
勃起的消退可分为二期。第一期为阴茎快速复归，阴茎丧失硬度，为高潮期的 50 %左右。第二期是阴茎回复到萎软状态，此期时间的长短有年龄的差异，可持续到不应期过后很长一段时间。
