Durante a fase de enchimento vesical, é necessário que haja relaxamento do músculo detrusor da bexiga para aumentar a complacência e permitir o acúmulo de maior quantidade de urina; além disso, o complexo esfincteriano, formado pela uretra e pelos músculos levantadores do ânus, deve aumentar o tônus a fim de manter o sistema fechado.

Durante o enchimento, o sistema nervoso simpático é ativado e inibe o parassimpático. As fibras simpáticas chegam ao trato urinário oriundas da região toracolombar (T10-L2). A norepinefrina e epinefrina, liberadas pela ação simpática, atuam nos receptores beta-adrenérgicos da cúpula vaginal, inibindo as contrações do músculo detrusor e promovendo relaxamento vesical. Na base da bexiga e na uretra, predominam os receptores alfa-adrenérgicos, que, quando ativados pelos neurotransmissores simpáticos, promovem contração uretral e aumento do tônus no colo vesical, facilitando, assim, o armazenamento da urina.

Com o aumento do volume vesical, faz-se necessário aumentar o tônus dos esfíncteres uretral e dos músculos do assoalho pélvico a fim de manter a continência. O sistema somático emerge das fibras sacrais no núcleo de Onuf e promove a contração do esfíncter externo.

O aumento do volume de urina na bexiga promove distensão crescente da parede vesical, que passa a enviar sinais aferentes e promover ativação do sistema parassimpático. O sistema parassimpático ativo inibe o simpático, reduzindo o tônus no colo vesical. A ação da acetilcolina sob os receptores muscarínicos e nicotínicos, presentes no fundo vesical, promove a contração do músculo detrusor e, na uretra, o relaxamento do trato de saída.

A ilustração abaixo esquematiza os processos de enchimento e esvaziamento vesical: