如果說直接的生殖器刺激可以引發脊髓水平的勃起反應的話，那麼大腦的作用又是什麼呢？雖然看起來陰莖有時有它自己的想法，但是大腦在整合性反應的過程中起很重要的作用。
對陰莖的觸覺刺激可以通過脊髓觸發勃起，但性感通常依賴於大腦，可以給人愉快的感覺，也可以集中注意性刺激。對愛人的注意、性幻想、記憶等都成爲大腦發出的信息，通過脊髓作用於陰莖動脈系統，維持和強化勃起的強度。大腦發出勃起反射信號時，該信號以神經衝動的形式向位於腰椎的脊髓勃起反射高位中樞傳達。脊髓勃起反射高位中樞的作用就像大腦和陰莖之間的中轉站，使感覺、感覺和感情反應在勃起反射中發揮作用。大腦和脊髓勃起反射高位中樞之間的神經通道受損嚴重或阻斷時，男性只有心理刺激不能勃起。
大腦也能抑制性反應。對自己性能過度不安的人，即使直接對陰莖強烈刺激也不能勃起。例如，一個人相信性喜悅是邪惡和骯髒的，性伴侶刺激陰莖時，心裏充滿不安和罪惡感，不勃起。有些男性，尤其是青春期的男性，勃起反射容易引起的陰莖受到自己內衣的摩擦，有魅力的女性走在身邊，瞬間閃爍的性幻想有可能勃起。在尷尬的場景中，初中、高中因轉學站在所有同學面前，或者在公衆面前露面。爲了驅趕性幻想和消除勃起，很多青春期的男性在上課鈴響之前對課程的學習興趣突然變強。男性成年後，陰莖勃起需要更多的刺激。如果三四十歲的女性在裸體時不能引起男性伴侶的瞬間自動勃起，她們會感到自己的魅力減退。老年男性不會自發勃起，陰莖直接刺激成爲重要的性喚起手段。
