射精是包括勃起、发射、射精和性高潮的一个复杂过程。勃起是由于阴茎的肿胀、变硬，它的初级神经支配是来自骶神经丛和骨盆内脏神经或勃起神经。发射是包括射精前收集精液并将其运送至尿道的前列腺部，随着膀胱颈和远侧尿道括约肌的闭合，尿道的前列腺部变成了一个蓄精池。这将诱发射精，即精液通过尿道有节律地射出，这个过程中会阴部骨骼肌的参与是必不可少的。性高潮是一种大脑参与的，通常是愉悦的事情而且是与射精紧密相连的。
射精的神经生理学仅有部分被了解。研究表明多巴胺能系统促进射精而血清素激活系统抑制射精。射精的主要神经机理是躯体的神经支配，但也包括阴部来自自主神经系统的神经和纤维。副交感神经的自主神经分支主要控制勃起功能而交感神经和躯体的神经分支主要控制发射和射精。
在性行为的过程中，感觉的刺激通过阴部神经（属于躯体神经）的感觉支由生殖器传出并经过骶神经丛到达脊髓。控制射精的准确部位尚未阐明，但下丘脑被认为是与此相关的。大脑内的射精中枢传出刺激冲动到达脊髓的交感神经干，这些冲动通过下腹上部的神经丛和下腹神经到达阴囊、输精管、前列腺和与男性射精有关的其它器官。支配膀胱颈部的交感神经使膀胱颈闭合，这是防止逆行射精所必需的。不管是来自高级中枢还是来自脊髓反射的神经信息都被传到骶神经丛，并通过阴部神经的运动支传到会阴部的横纹肌从而引起以有节律收缩为特征的射精。这些肌肉包括球海绵体肌、坐骨尾骨肌和耻骨尾骨肌。
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