Môi âm hộ là một trong những vùng kích thích tình dục của phụ nữ. Môi âm hộ có phản ứng tình dục,[7] và độ nhạy cảm rất khác nhau giữa các phụ nữ. Ở một số phụ nữ, họ rất nhạy cảm nên bất cứ thứ gì khác ngoài chạm nhẹ có thể gây khó chịu, trong khi kích thích có thể không gây ra phản ứng tình dục ở những người khác. Môi âm hộ có thể bị kích thích tình dục khi thủ dâm hoặc với bạn tình, chẳng hạn như bằng ngón tay hoặc quan hệ tình dục bằng miệng. Di chuyển môi âm hộ cũng có thể kích thích âm vật cực kỳ nhạy cảm.

Khi hưng phấn tình dục, môi âm hộ sưng lên do lưu lượng máu đến khu vực này[6] và rút ra phía sau,[3] mở nhẹ âm hộ. Môi âm hộ bị tích tụ máu, khiến chúng nở ra đường kính từ hai đến ba lần và có màu sẫm hoặc đỏ.[6] Vì quá trình mang thai và sinh nở làm tăng hệ mạch máu sinh dục nên môi âm hộ bên trong và bên ngoài sẽ dồn máu nhanh hơn ở những phụ nữ đã có con.[6]

Sau một khoảng thời gian bị kích thích tình dục, môi âm hộ sẽ bị dồn máu nhiều hơn vào khoảng 30 giây đến 3 phút trước khi đạt cực khoái,[6] khiến chúng đỏ hơn nữa.[6][8] Ở những phụ nữ đã có con, môi âm hộ cũng có thể sưng lên đáng kể trong thời kỳ này, trở thành màu đỏ sẫm. Kích thích liên tục có thể dẫn đến cực khoái và các cơn co thắt cực khoái giúp loại bỏ máu bị mắc kẹt trong môi âm hộ bên trong và bên ngoài, cũng như âm vật và các bộ phận khác của âm hộ, gây ra cảm giác cực khoái dễ chịu.

Sau khi đạt cực khoái hoặc khi người phụ nữ không còn bị kích thích tình dục, môi âm hộ dần dần trở lại trạng thái như không bị kích thích.[6] Môi nhỏ âm hộ trở lại màu sắc ban đầu trong vòng 2 phút, và dồn máu biến mất sau khoảng 5 đến 10 phút.[4] Môi âm hộ trở lại trạng thái trước khi kích thích sau khoảng 1 giờ.[4]