如果说直接的生殖器刺激可以引发脊髓水平的勃起反应的话，那么大脑的作用又是什么呢？虽然看起来阴茎有时有它自己的想法，但是大脑在整合性反应的过程中起很重要的作用。
对阴茎的触觉刺激可以通过脊髓触发勃起，但性感通常依赖于大脑，可以给人愉快的感觉，也可以集中注意性刺激。对爱人的注意、性幻想、记忆等都成为大脑发出的信息，通过脊髓作用于阴茎动脉系统，维持和强化勃起的强度。大脑发出勃起反射信号时，该信号以神经冲动的形式向位于腰椎的脊髓勃起反射高位中枢传达。脊髓勃起反射高位中枢的作用就像大脑和阴茎之间的中转站，使感觉、感觉和感情反应在勃起反射中发挥作用。大脑和脊髓勃起反射高位中枢之间的神经通道受损严重或阻断时，男性只有心理刺激不能勃起。
大脑也能抑制性反应。对自己性能过度不安的人，即使直接对阴茎强烈刺激也不能勃起。例如，一个人相信性喜悦是邪恶和肮脏的，性伴侣刺激阴茎时，心里充满不安和罪恶感，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阴茎受到自己内衣的摩擦，有魅力的女性走在身边，瞬间闪烁的性幻想有可能勃起。在尴尬的场景中，初中、高中因转学站在所有同学面前，或者在公众面前露面。为了驱赶性幻想和消除勃起，很多青春期的男性在上课铃响之前对课程的学习兴趣突然变强。男性成年后，阴茎勃起需要更多的刺激。如果三四十岁的女性在裸体时不能引起男性伴侣的瞬间自动勃起，她们会感到自己的魅力减退。老年男性不会自发勃起，阴茎直接刺激成为重要的性唤起手段。
