阴茎的勃起靠阴茎海绵体组织。阴茎海绵体组织主要由血管内皮细胞、神经细胞、平滑肌细胞、间质组织等构成。平滑肌细胞与胶原纤维、弹力纤维组成的小梁纵横交织成网状，其中含有丰富的血管，网眼平面有扁平上皮细胞铺衬，形成血窦，血窦相互连通并直接与动静脉相互沟通。海绵体内的平滑肌细胞舒张可扩大血窦空间，使血液滞留其中，血窦内压提高，阴茎勃起。此时，对阴茎白膜下静脉产生较大的压力阻断，以维持阴茎的勃起时间及硬度。当平滑肌细胞收缩时，血窦间隙缩小，对白膜下静脉的压力减轻，血液回流增加，勃起硬度减退。过去传统认为阴茎的勃起所需的窦内压，主要依靠阴茎动脉的扩张和静脉的弹性回缩。但近年来研究发现，这种传统观念是不正确的。因为观察到成年人阴茎勃起时海绵窦的压力比肢体动脉压高十几倍，如此高的压力单纯依赖血管因素绝不能完成。因此，认为阴茎海绵体组织的平滑肌细胞功能在神经、血管等因素的作用下，扮演了重要角色，起到了主导作用。
勃起组织中，平滑肌细胞舒张主要促使阴茎螺旋动脉扩张和扩大血窦空间，以促进勃起。如平滑肌细胞发生严重病理改变，血窦充盈障碍，则不能维持勃起功能。所以，部分血管性阳痿患者在阴茎血管成形术后仍不能恢复正常勃起功能。因此，在为动脉供血不足的血管性阳痿患者做阴茎血管成形术以前，应先做阴茎海绵体活检，以便确定这些患者阴茎勃起组织的平滑肌细胞是否发生了病理性改变。如果平滑肌细胞已有明显的病理改变，则不宜选择血管成形术，最好选用阴茎假体植入术。
平滑肌细胞发生病理性改变，不仅使阴茎海绵体内的血窦空间减少、充盈障碍，而且由于白膜血管静脉的压力降低，不足以压迫阻断静脉回流，而发生静脉性阳痿。近些年来研究发现，阳痿患者阴茎海绵体组织有明显的病理改变，这些病理改变突出表现为平滑肌细胞和神经细胞萎缩、数量减少和空泡形成，间质细胞和纤维增多。这些病理损害可能与局部长期缺血缺氧有关。这种退行性病理改变很难用药物治愈，最终需要阴茎假体植入疗法。
