在性反应周期的兴奋期中，乳房对性紧张反应增强的第一个证据就是乳头的勃起反应，这是乳头内丰富的平滑肌纤维在受到性刺激后发生不自主收缩的结果。两个乳头的反应常常不是同步出现的，一个可能已经达到完全勃起和肿胀，而另一个却出现滞后现象。内陷的乳头可能由它们的静止期状态反凸出来，好像处于半勃起位置，假如这种内陷是难以恢复的，那就见不到乳头的反应指征了。
充分的勃起反应可以使乳头长度比未受刺激前有所增加，一般增加0.5-1.0厘米，反应还可使乳头基底直径增加0.25-0.5厘米。平时乳头大而向前突出者往往比大小正常者具有较小的肿大勃起的趋势。乳头特别小时也很难对性刺激作出很强的反应，但乳头特别小的情况并不多见。
兴奋期的第二个生理变化是乳房静脉树模式的定界和扩张增加。假如乳房具有足够的容积，就会出现下方的表浅静脉充血，但很可能要到兴奋后期才变得更为明确。较大的乳房通常表现出很明显的静脉树模式的扩张。乳房静脉树的充血向中心扩张时通常并不达到乳晕区。
在临近平台期，乳房的实际体积会明显增加，这是乳房深部静脉充血反应的结果。处于性反应状态的妇女在勃起反应发生时，悬垂乳房下部的充血则更易于观察到，若女方取仰卧位时，乳房体积的全面增加将更为明显。在兴奋晚期可见到明显的乳晕充血现象。兴奋期反应的表现程度和发生时间的差异很大，往往因人因时而异。在平台期中紧邻勃起乳头的乳晕也会肿大，这时常常使人造成一种错觉，好像勃起的乳头已经部分消退了。直到乳晕肿胀在消退期消退之后，人们才可以重新看到消退较迟的尚保持勃起的乳头。
在女性经历最终的高潮冲动之前，未哺乳过的女性乳房的大小可以比平时增加1／5-1／4，哺乳过的女性乳房通常不会出现乳房体积的明显增加。这种解剖学上表现的差异可能是由于喂过奶的乳房在乳汁生成过程中静脉分流有所增加。婴儿吸吮会增加静脉的分流，并趋于使性紧张时深层血管的充血反应减缓。很明显，在性紧张影响下乳房大小的增加不仅与血管充血的生理反应有关，还与组成乳房小叶起支持作用的纤维组织成分的充实程度有关。在哺乳早期常见乳房过度扩张，这会损伤这些支持纤维组织的有效性。因此，可以理解哺乳后的女性乳房对性刺激难以作出应有的较明显的性反应。