Les quatre phases du cycle sexuel de l'homme affectent d'une part le pénis et le scrotum, d'autre part les organes génitaux internes, la circulation sanguine et la tension musculaire de l'ensemble du corps.

La phase d'excitation
En cas de stimulation sexuelle, un homme ressent une augmentation soudaine de la quantité de sang qui afflue vers le pénis et le scrotum, ce qui entraîne une érection.
Parallèlement, les glandes surrénales libèrent de l'adrénaline, ce qui se traduit par une augmentation du rythme cardiaque, de la pression sanguine et du rythme respiratoire.
Chez l'homme, l'érection du pénis est le premier signe de la stimulation sexuelle, provoqué par le phénomène de vasocongestion.
Parallèlement, la peau et les muscles du scrotum s'épaississent tandis que les testicules remontent vers le corps, et des sécrétions peuvent s'échapper de l'extrémité du pénis.

La phase en plateau
Si la stimulation persiste, le pénis se gorge encore davantage de sang, et l'homme connaît une érection totale.
Le gland du pénis fonce et devient rouge profond ou violacé, et l'on note parfois une sécrétion des glandes de cowper.
Les testicules voient leur taille augmenter parfois de moitié, tandis qu'ils remontent et se plaquent contre le corps.
L'ejaculation est la conclusion d'une série d'événements qui commence par la migration des spermatozoïdes depuis les testicules vers l'ampoule, la partie évasée du canal déférent.
Une fois que les vésicules séminales et la prostate ont apporté leur contribution à la fabrication du sperme, l'éjaculation est imminente.
Elle est alors ressentie comme impossible à retenir. L'homme sait en effet que même si toute stimulation du pénis venait à cesser, il éjaculerait malgré tout.
Ce sentiment de l'imminence inéluctable de l'éjaculation dure trois secondes environ.

L'orgasme masculin
L'éjaculation, qui consiste à expulser le sperme hors du pénis, s'accompagne généralement, mais pas systématiquement, d'un orgasme.
Lorsqu'un homme éprouve l'imminence inéluctable de l'éjaculation, les sphincters se contractent aux deux extrémités de l'urètre et une agréable sensation de pression se produit.
Puis le sphincter externe s'ouvre, le sperme pénètre dans l'urètre à la base du pénis.
Un homme peut ressentir un orgasme sans éjaculer, en particulier s'il jouit plusieurs fois en peu de temps.
L'éjaculation se produit lorsque plusieurs contractions intenses des muscles de l'urètre et de ceux situés à la base du pénis expulsent le sperme hors du corps.
Ces contractions sont parfois suffisamment fortes pour projeter le sperme à plus de 30 cm de distance. L'homme dénombre en général trois à cinq contractions principales à 0,8 seconde d'intervalle (c'est aussi la fréquence à laquelle le vagin de la femme se contracte au cours de l'orgasme féminin).
Il arrive que ces contractions se poursuivent, mais elles deviennent progressivement plus faibles et irrégulières.
Des vagues de contractions se transmettent jusqu'aux muscles du plancher pelvien, et les muscles intérieurs des cuisses sont parfois parcourus de spasmes.
L'orgasme masculin dure rarement plus de 15 secondes, et sa durée moyenne est comprise entre 4 et 10 secondes (soit une durée généralement inférieure à la majorité des orgasmes féminins).
Le volume moyen d'un éjaculat est de 5 ml de sperme en moyenne contenant 100 à 500 millions de spermatozoïdes.
Ces deux données diminuent de façon significative dans le cas d'éjaculations répétées en l'espace de quelques jours.
Si un homme n'a pas eu d'éjaculation depuis un certain temps, il expulsera en revanche une quantité de sperme assez important.
Le plaisir ressenti serait d'autant plus intense que le volume de l'éjaculat serait important (contrairement à ce que ressentent les femmes : bon nombre d'entre elles affirment en effet connaître des orgasmes moins intenses lorsqu'elles n'en ont pas ressenti depuis longtemps.)
Parmi les modifications d'ordre physiologique, citons l'accélération du rythme cardiaque et respiratoire et l'élévation de la pression sanguine, tous ces paramètres atteignant un pic au moment de l'orgasme. Ainsi, le rythme respiratoire de l'homme atteint parfois 50 respirations à la minute tandis que l'on enregistre jusqu'à 180 battements du cœur à la minute.

La sensation orgastique envahit parfois tout le corps en partant de la région pelvienne. De façon caractéristique, les hommes commencent à donner des coups de bassin durant un rapport sexuel lorsqu'ils sentent qu'ils sont sur le point d'éjaculer.
Au moment de l'éjaculation proprement dite, l'homme plante parfois son pénis violemment dans le sexe de la femme, s'efforçant de l'enfoncer le plus profondément possible dans le vagin.
Comme les femmes, certains hommes émettent parfois des bruits involontaires pendant l'orgasme, grimacent ou agrippent leur partenaire.
De même, il arrive qu'ils se cambrent et recroquevillent leurs orteils pendant l'orgasme, moins fréquemment si l'homme est sur sa partenaire.
Chez certains hommes enfin, de petits vaisseaux sanguins superficiels se dilatent, provoquant les rougeurs de l'épiderme sexuel, mais ce phénomène reste plus fréquent chez les femmes.

La phase de résolution
Après l'orgasme, le pénis et les testicules retrouvent rapidement leur taille habituelle. Ils reviennent en outre à leur état de flaccidité en une dizaine de minutes : on appelle ce processus la détumescence.
Le pénis est alors relativement insensible à la stimulation sexuelle.
La plupart des hommes ne seraient pas en mesure de connaître plusieurs orgasmes avec une seule érection. L'éjaculation est en effet suivie d'une période de latence, dite période réfractaire, au cours de laquelle l'homme ne peut obtenir une nouvelle érection.
Ces périodes réfractaires sont parfois très brèves chez les hommes jeunes (quelques minutes seulement), qui peuvent alors avoir plusieurs érections se succédant à de brefs intervalles.
La période réfractaire s'allonge cependant avec l'âge, de sorte qu'après un coït, un homme doit parfois attendre plusieurs heures, voire plusieurs jours, avant d'avoir une nouvelle érection.

Les rythmes cardiaque et respiratoire de l'homme ralentissent au cours de la phase de résolution, tandis que sa pression sanguine diminue.
Hommes et femmes sont souvent détendus après l'orgasme, et ils éprouvent fréquemment une envie de dormir.