阴茎内部由3条长杆状的组织所组成，通常叫做“海绵体”。其中两长条圆柱组织，其间充满间隙，双双并列从阴茎顶部延伸下来;而第3条组织，是海绵本体，主要在阴茎的底部。它们在常态之下是松软、萎缩的，就像泄气的汽球一样，但是在阴茎勃起时，其间的缝隙及洞孔就会充满血液，当性欲亢奋时，它们注入的血液量甚至相当于平常的8倍，这些血液完全地转换到阴茎内。
这3条伸缩自如的组织由俗称结缔组织的纤维紧紧包围着。为了使勃起的阴茎可以伸直硬起，这层包裹物必须能够承受其舒张而不致破裂，否则一旦破裂了，其勃起的方向就会发生改变。虽然破裂情况很少发生，但是如果真的破裂了，通常通过手术就可修复。
不过有一点很耐人寻味，就是说在所有灵长类中，只有人类的阴茎内不含任何一根骨头。在哺乳类中，包括鼠类、刺猬、鲸鱼和蝙蝠，几乎所有动物都拥有阴茎骨，这些阴茎骨可以提供勃起时的支撑力。
尿道沿着阴茎的走势而分布，它同时容纳了尿液和精液。为了防止排尿和射精的动作同时发生，身体内有一活门结构可以在射精时关闭膀胱颈。
阴茎的前端，即通常称为龟头的部分，是阴茎最最敏感的部位，因为它上面紧密地分布着大量的神经末梢。人刚出生时，龟头上覆有一层薄皮，通常称为包皮，而包皮内侧表皮包含着会分泌皮脂物质的龟头。这层包皮的作用是减少阴茎胀大及萎缩时的摩擦。
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