L'innervazione dei corpi cavernosi deriva dai nervi cavernosi, rami del plesso pelvico contenenti sia fibre simpatiche sia parasimpatiche, che decorrono postero-lateralmente alla prostata, perforano la guaina fibrosa del pene e si distribuiscono a ciascun corpo cavernoso e all'uretra peniena. Le sue fibre simpatiche derivano dai mielomeri T11-L2 e la loro funzione principale è la vasocostrizione, la contrazione delle vescichette seminali, della prostata e l'eiaculazione. Le fibre parasimpatiche derivano dai mielomeri S2-S4 e sono funzionalmente vasodilatatrici. I nervi sensitivi sono i nervi dorsali del pene che decorrono al di sotto della fascia profonda di Buck, lateralmente a ciascuna arteria dorsale del pene.