Η φάση της διέγερσης θεωρείται η αρχή του κύκλου της σεξουαλικής απόκρισης (σύμφωνα με το μοντέλο των Masters & Johnson). Η φάση της διέγερσης χαρακτηρίζεται από δύο φυσιολογικές διαδικασίες που ξεκινούν εδώ και συνεχίζονται και στις υπόλοιπες φάσεις. Αρχικά, η αγγειοδιαστολή αναφέρεται σε αύξηση στη ροή του αίματος σε ιστούς του σώματος (σε αυτή την περίπτωση στους ιστούς των γεννητικών οργάνων). Οι πιο έντονες σωματικές εκδηλώσεις αυτού είναι η στύση του πέους στους άνδρες, η οποία συμβαίνει καθώς τα σηραγγώδη σώματα γεμίζουν με αίμα. Στις γυναίκες, η κλειτορίδα, τα χείλη του αιδοίου, και η μήτρα διογκώνονται και αυξάνονται σε μέγεθος. Και στα δύο φύλα, αυτές οι σωματικές αλλαγές υποχωρούν και επανέρχονται σε όλη τη διάρκεια της φάσης της διέγερσης (π.χ., το πέος του άνδρα μπορεί να βρίσκεται σε μερική ή πλήρη στύση) ανάλογα με το επίπεδο του ερεθισμού. Δεύτερον, η μυοτονία αναφέρεται στην εκούσια και ακούσια ένταση και συστολή των μυών και στη γεννητική περιοχή και σε όλο το υπόλοιπο σώμα. Οι πιο δραματικές εκδηλώσεις μυοτονίας είναι οι γκριμάτσες του προσώπου, οι σπασμωδικές συσπάσεις των χεριών και των πελμάτων, και οι μυϊκοί σπασμοί που συμβαίνουν στον οργασμό.
Άλλες σωματικές αλλαγές που συμβαίνουν στη φάση της διέγερσης περιλαμβάνουν αυξήσεις στον καρδιακό και αναπνευστικό ρυθμό, καθώς ερυθρότητα στο δέρμα, ιδιαίτερα στο στήθος και τον κορμό. Η ερυθρότητα του δέρματος δεν εμφανίζεται σε όλους και συχνά είναι πιο έντονη στις γυναίκες. Επιπλέον αλλαγές που βιώνουν οι άνδρες είναι σφίξιμο του δέρματος του όσχεου και ανύψωση των όρχεων πιο κοντά στο πέος. Στις γυναίκες, ο κόλπος επιμηκύνεται και τα κολπικά τοιχώματα αρχίζουν να λιπαίνονται.
Οι πυροδότες της σεξουαλικής διέγερσης και η διάρκεια αυτής της φάσης ποικίλει εξαιρετικά ανάλογα με την κατάσταση και τα άτομα που εμπλέκονται και μπορεί να διαρκέσει από λίγες στιγμές μέχρι κάποιες ώρες. Σε κάποιες περιπτώσεις, η διέγερση μπορεί να είναι το αποτέλεσμα σωματικού ερεθισμού από τον ίδιο τον εαυτό (π.χ. αυτοϊκανοποίηση) ή από ένα σύντροφο (π.χ. φιλιά). Εναλλακτικά, η διέγερση μπορεί να προέλθει από οπτικά ερεθίσματα (π.χ. πορνογραφία) ή από μία γνωστική διαδικασία (π.χ. μία σεξουαλική φαντασίωση). Η διέγερση είναι, επομένως, βιοψυχοκοινωνικό φαινόμενο.
