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通常は性的な刺激に対する反射として男性器から精液が放出される。ただし、睡眠中に自然に起きることもあり、そのような場合は夢精と呼ばれて区別される。前立腺のマッサージによって起こったり、稀ではあるが前立腺の疾患が原因で引き起こされることもある。

射精の過程は大きく分けて二つの段階からなり、精液が尿道前立腺部に集められる過程（エミッションemission）と、精液が尿道を経由して外尿道口から放出される過程（エジャキュレーションejaculation）とに分けられる。通常射精と呼んでいるのは後者を指すものである。

性的な興奮が高まると、精巣上体（副睾丸）尾部に蓄えられていた精子は少量の分泌液とともに精管の蠕動運動によって精管末端部にある精管膨大部まで順次運ばれ、精子はここで射精の瞬間まで待機する。

性的な興奮が頂点に達する（オーガズム）と大脳から脊髄にある射精中枢に指令が送られ、膀胱括約筋が固く収縮するとともに前立腺液が尿道前立腺部に排出され、精管膨大部に蓄えられていた精子も射精管を通って尿道前立腺部に押し出される。この過程がエミッションである。このとき膀胱の出口は固く閉じられているので精液が膀胱に逆流することはない。一方、尿道括約筋も固く収縮しているので精液は行き場を失い前立腺内で圧力が非常に高まる。これがいわゆる射精直前の感覚である。

第二段階のエジャキュレーションは尿道括約筋が弛緩することから始まり、前立腺内に充満した精液の内圧によって一気に押し出され、尿道の球海綿体筋などの働きによってペニス先端の外尿道口から勢いよく放出される。同時に精嚢の平滑筋も収縮を繰り返し、精液の約7割を占める精嚢液が少し遅れて律動的に放出される。

射精時の勢いと射精液の液量については個人差が大きく、通常の射精では約2～6ミリリットルが精液が放出されるといわれる(ティースプーンからテーブルスプーン程度)が、数滴やこれを超える例もあり、その幅は広い。射精液の液量については、その射精の前2日間で、最後に射精したのがいつであるのかに大きく依存している。言い換えると、最後の射精が最近であるほどその液量は少なく、射精後2日ないし3日目がその液量は最も多い。これは、4日以上蓄積された精液は、体内でたんぱく質として吸収されてしまうためである（当然、3日目まで蓄積された精子は、精液の量に反して活性が低い）。射精時の精液の出る勢いは、立って真横に射精した場合、数十センチから数メートルにも及ぶ。ただし、前回の射精からの間隔が短い場合には、ペニスから沁み出すようにして射精する例もある。

射精一度あたりの射精液が含む精子数もまた個人差が大きい。この数に影響を与える因子は数多くあり、最後の射精からどのくらいの時間が経過したか、睾丸の置かれた温度環境、射精までに要した性的興奮の時間、年齢、テストステロンのレベル、個人差、精液の量などに依存する。無精子症や乏精子症などの疾患では精液中に精子が全く見られなかったり少ないために不妊症（男性不妊という）の原因となる。