O tubérculo genital contém tecidos derivados dos três folhetos embrionários: ectoderma (dá origem ao corpo cavernoso); mesoderma (forma a placa uretral, que vai dar origem à uretra peniana) e endoderma (dá origem à pele do falo e do prepúcio).

A testosterona é convertida em di-hidrotestosterona (DHT) pela enzima 5-alfaredutase tipo 2, sendo que a testosterona é responsável pela diferenciação peniana.

Após a diferenciação da crista gonadal bipotente para testículos, a gonadotrofina coriônica humana (hCG) placentária estimula a produção de di-hidrotestosterona pelas células de Leydig entre oito e 12 semanas de idade gestacional.

As concentrações de andrógenos fetais são elevadas entre a oitava e a vigésima quarta semanas de gestação, com valores máximos frequentemente observados entre a décima quarta e a décima sexta semanas.

Há um aumento acentuado no comprimento do pênis durante o primeiro trimestre, com um aumento de aproximadamente 20 mm da semana 2 a semana 10.