射精是包括勃起、發射、射精和高潮的一個複雜過程。勃起是由於陰莖的腫脹、變硬，它的初級神經支配是來自骶神經叢和骨盆內臟神經或勃起神經。發射是包括射精前收集精液並將其運送至尿道的前列腺部，隨著膀胱頸和遠側尿道括約肌的閉合，尿道的前列腺部變成了一個蓄精池。這將誘發射精，即精液通過尿道有節律地射出，這個過程中會陰部骨骼肌的參與是必不可少的。高潮是一種大腦參與的，通常是愉悅的事情而且是與射精緊密相連的。
射精的神經生理學僅有部分被了解。研究表明多巴胺能係統促進射精而血清素激活系統抑制射精。射精的主要神經機理是軀體的神經支配，但也包括陰部來自自主神經系統的神經和纖維。副交感神經的自主神經分支主要控制勃起功能而交感神經和軀體的神經分支主要控制發射和射精。
在性行為的過程中，感覺的刺激通過陰部神經(屬於軀體神經)的感覺支由生殖器傳出並經過骶神經叢到達脊髓。控制射精的準確部位尚未闡明，但下丘腦被認為是與此相關的。大腦內的射精中樞傳出刺激衝動到達脊髓的交感神經乾，這些衝動通過下腹上部的神經叢和下腹神經到達陰囊、輸精管、前列腺和與男性射精有關的其它器官。支配膀胱頸部的交感神經使膀胱頸閉合，這是防止逆行射精所必需的。不管是來自高級中樞還是來自脊髓反射的神經信息都被傳到骶神經叢，並通過陰部神經的運動支傳到會陰部的橫紋肌從而引起以有節律收縮為特徵的射精。這些肌肉包括球海綿體肌、坐骨尾骨肌和恥骨尾骨肌。