阴茎勃起的组织结构为两条阴茎海绵体和尿道海绵体。海绵体主要由小梁和血窦构成，阴茎深动脉的分支螺旋动脉穿行于小梁中，与血窦通连。当大量血液流入血窦，血窦充血而胀大，白膜下的静脉受压，血液回流一时受阻，海绵体变硬，阴茎勃起。

     阴茎勃起的生理机制涉及性刺激过程中阴茎海绵体内一氧化氮（NO）的释放，NO激活鸟苷酸环化酶，导致环磷酸鸟苷（cGMP）水平增高，使得海绵体内平滑肌松弛，血液流入。伟哥能够通过抑制海绵体内分解cGMP的5型磷酸二酯酶（PDE5)来增强一氧化氮（NO）的作用。当性刺激引起局部NO释放时，伟哥抑制PDE5可增加海绵体内cGMP水平，松弛平滑肌、血液流入海绵体。