성 흥분기는 유발과 함께 남성에서는 음경의 발기, 여성에서는 질의 윤활화가 일어나는 시기이다. 성적 자극으로 전신적으로 혈관의 충혈과 근육의 긴장이 일어나며 또한 신체가 성교에 대비함에 따라 호흡이 거칠어지고 심장의 박동수가 증가되며 혈압이 상승한다. 남성의 경우에 흥분기의 신호는 음경의 발기이며 음낭은 두께가 증가되 편평해지고 정소는 정관이 단축되므로 치켜 올라가게 된다.
이시기의 여성의 성반응은 국부적인 성기와 피부의 충혈, 근육의 긴장이 특징이다. 이와같은 현상은 남성에서도 볼 수 있지만 여성의 피부반응은 남성에서 보다 현저하게 일어나 반점이 생긴다. 유방은 부풀어 오르고 유두는 단단하게 발기한다. 여성의 독특한 성기의 반응을 보면 이 시기에 질의 분비가 증가되고 윤활화가 일어난다. 질의 점액은 성적 자극이 있은 후 30초 이내에 질벽에서 분비되기 시작한다. 또 사람에 따라 다르지만 음핵이 충혈되어 어느 정도 부풀어지는 것은 이 단계이다. 자궁은 혈관의 충혈로 확장되고 골반 저부의 본래위치에서 상승하게 된다. 동시에 질도 음경을 받아들이기 위하여 확장되고 부풀기 시작한다.