在他们具有里程碑意义的书籍《人类性反应》中，对于人类性爱知识的状况以及社会在这方面补救的瘠乏，马斯特斯和约翰逊从开头就用最浅显的文字表达了遗憾之情。
“在持久存在的对于人体反应的广泛忽视之下，数百万个体的良好状态遭到损害，生物学家、行为学家、理论家以及教育家如何能保持良心平静？”他们恳求道，“世上没有哪个男人或女人在其一生中不会面临对性张力的关心。除了那些对于我们的存在必不可少的生理反应之外，我们生命的这一方面从多重角度来看都比任何其他领域对人类的影响更大，因此怎么可能一直无法享有客观的科学分析呢？”
这些理想主义的论调一直回响在年轻的比尔·马斯特斯心中，他十分震惊于美国对性爱的忽视，并决心在这方面做一些事。但这本书不久后就似乎成为了一个老练的医学探索者在新大陆插上的一面旗帜，合法地声明新见解的声望。他们用一种尊敬但有所保留的词汇表达了对于当时已经去世12年之久的阿尔弗雷德·金赛的感谢。当谈及金赛以及他的团队“发表反应性行为模式的不朽统计结果”时，马斯特斯和约翰逊力求使读者理解金赛的努力仅局限于社会学而不是医学。事实上，他们认为历史学家们“将来的评价”可能会论断说金赛最大的贡献是做了他们工作的先驱，“开启了我们文化中先前关闭的大门，迎来了关于人类性反应决定性的研究”。马斯特斯和约翰逊甚至设法从弗洛伊德那儿挖掘了一句引言，一句听似针对他们工作的号召：“生物学的确是一片具有无限可能的领地。我们可以期待它带来最惊人的信息。对于我们提出的问题，根本无法猜测数十年之后它所作的回应。它可能会彻底吹散我们整个人造的假设结构。”
马斯特斯和约翰逊关于生物学发现的书暗示着自己便是弗洛伊德预言的燃烧弹。不仅停留于理论或假设，他们会在《人类性反应》中提供充足的事实来支持自己的主张。书的第一部分强调了男女在性爱过程中的共性，其中包括血流加速和肌张力上升。尽管在解剖学上有着显著的差别，但“一次又一次，注意力会被吸引到对人类性反应直接的对比上，这种在某种程度上存在的对比之前一直都未被鉴别到”。沿着这个方向，就好像远处的观鸟者，他们注意到了翅膀在色调和形态上的变化，比如“稳定期女性小阴唇的颜色变化以及男性龟头的充血”。尽管约翰逊自始至终都在描述病史资料，但是这本315页的书本核心是马斯特斯关于性爱生理与解剖的分析，其中尽可能地避免了“煽动性”语言，特别是在描述性行为的时候。
最值得注意的是，马斯特斯和约翰逊概括了关于性爱的大致框架，其中包括人体反应的4个独立阶段。当进行性刺激的时候，男女双方都会经历兴奋期、稳定期、高潮期、消退期或者称为不应期。个体与个体之间这4个阶段的时长及强度方面可以有很大差异。但是这种广义的“人类性反应周期”可以被作为、也应被预期成为一种归结尚无规则的性爱的方式。他们在探索中所抱的雄心壮志是要与弗洛伊德的宏伟理论相竞争，然而对于4个阶段的总结似乎连最没经验的情人都很熟悉。他们确认在男人身上，兴奋来得很快。对于年轻的男性，当他们的性欲被激起之后，可以在3到5秒之内从弛缓状态一下变为完全勃起。而那些年长一些的男性则需要2到3倍的时间才能准备好，而且他们的坚硬程度可能还有一点不稳定。在男性身上兴奋最明显的体现从没有改变。而在年轻女性身上最先出现的证据是乳头的勃起、乳房的饱满以及刺激10到30秒之后阴道的湿润、在期望更多的刺激时会出现阴道管腔的延长。尽管对于年长的女性兴奋可能会慢一点，但研究发现通过正确的刺激，“80岁以上人群都可以有这些反应”，这对于老年人群来说无疑是一个惊喜。
在这个狂喜的过程中，渴求的人们不久就发现他们自己已处于稳定期，这一暂时阶段被形象地描述为进入主题前的休憩小站。在女性中，当“性张力颜色变化”将小阴唇及周边组织的颜色从浅红色转为深紫红色时，阴道会进一步湿润。最显著的是，伴随着龟头缩回保护性遮盖的包皮中，调节女性性反应的阴蒂从其正常状态变得明显紧绷起来。在这个稳定期，男性保持着勃起，睾丸膨胀并有些提升，分泌出几滴黏液状的液体。男女双方在这个阶段通常都会体验到一种“性的红晕”，反应为“持续增加的性张力”之下短暂的全身皮肤风疹状皮疹。由于这本书充满了医学词汇，多到需要专门为普通外行读者准备一张术语表，一位作者指着诸如“这种斑丘疹样的红疹首先出现在上腹部”这样的句子——通俗作者可能将其描述为腹部的性红晕——称他们是“最令人费解的拉丁文医学的证明”。
伴随着高潮，男女双方都如鲜花怒放一般，生命的节奏极速奔驰。男性方面，在精液从阴茎中射出之前，前列腺段尿道会持续出现“无法控制的射精感”，心率和呼吸频率从正常水平显著加快。在女性方面，高潮则会表达得更长一些。一旦高潮到来，在颤抖减少之前，子宫以及外1/3阴道波状收缩会每隔0.8秒重复4到8次——差不多和男性在高潮射精时的收缩同等次数。马斯特斯和约翰逊在兴奋的女性身上发现其阴道前壁会向后上方运动，制造出一种“遮盖”的效果，与增大了将近一倍的子宫一起容纳阴茎。在男女双方身上，随着直肠括约肌的运动，整个骨盆内组织都一起收缩起来。
在这个小高峰之后，肌张力的松弛以及充血的性器官中血流的平缓标志着第4个阶段——消退期的到来。这种尾声在男性身上最为明显，表现为勃起的阴茎快速地失去其坚挺状态。紫红色的男性器官会在短时间内保持一点膨胀，直到完全缩小到未唤醒的自然状态。对于女性，当血流以及皮肤变色情况很快开始消退的时候，其不应期几乎无法察觉，而且“会延伸好几分钟”。
马斯特斯和约翰逊像维瓦尔第的协奏曲一样将这4个阶段组合在一起，即使他们对于男女双方性反应具有可比性的主张似乎有点牵强。“对于有效性刺激的反应，男女之间的对比强调了双方在生理上的相似，而非不同。”马斯特斯和约翰逊并没有将性爱描绘成两极相对，就如亚当和夏娃那样彼此不同，他们发现，每一个做爱中的成年人，不管自己喜欢还是不喜欢，他们“在生理反应方面都是相同的”。他们将自己的推论基于相同“血管充血”——通过静脉血液充斥到性器官——以及可观察到的继发性特征，比如喘气以及肌肉收缩。人们对他们的4阶段结构提出质疑，并认为男女之间的对比被过于整齐地分类。比如，男女身上类似的0.8秒收缩，好像用秒表测算过的，是一个“象征性而非实际的发现”，历史学家保罗·罗宾森这样评价道。“它提示在性高潮时，男女是完全和谐同步的。他们在同一个节奏上前行。”这本书包含着一种欢快的平等主义论调，没有直接面对医学专业关于男性在性爱过程中支配地位的错误观点。
然而，这本书最重要的是，详尽描述了他们的发现，这完全源于对382名女志愿者及312名男志愿者长达约10年的观察。不能否认——面对性爱的严峻考验时，女人优于男人，这本书的构架强调了这一点，书中有141页内容是描述女性性反应的，足足是男性的3倍多。临床的描述与图解提供了一份关于女性身体奇境的地图，详述了关于性爱这一未解生理之谜的新视野。他们关于女性性反应里程碑式的发现将会验证长期以来的临床工作部分，对于之后近20年美国性革命的定义及发源产生了深远的影响。由于对女人多重高潮的能力进行了深入研究，马斯特斯知道自己发布的结果将会撼动以男权主义为图腾的美国文化，后者一直受困于他所谓的“阴茎谬论”和幻想之中。在第一次高潮之后，男人需要等待1个小时甚至1个小时以上，在重新振作之前，他们不得不在这个所谓的消退期中忍受着暂时性的阳痿。但绝大多数达到高潮的女人时刻准备着迎接更多的快感，一而再、再而三都不在话下，只要心情合适，条件也允许。“女人没有不应期，”他们在两性性反应的对比中写道，“在高潮之后，她不会失去性张力，通常都可以回到重复的高潮体验之中。”关于女性多重高潮的描述在正本《人类性反应》以及他们的其他文章中都有提及。“高潮之后，男性在短时间之内通常无法再有更多高潮；而不同于男性，许多女性，特别是在阴蒂刺激之下，可以数分钟之内规律地经历五六次完整的高潮体验。”在这样的场景中，女人在床上表现的激情潜能远远超过男人鞭炮般的一次发射。
在马斯特斯和约翰逊之前，医学文献将所谓的性能力低下描绘为“性冷淡”或“少女”，就好像女人无法和男人并驾齐驱一样。尽管在金赛的调查中，1/6的女性被访者提到多重性高潮，其比例与斯坦福大学心理学家路易斯·M·特曼对已婚夫妇的研究结果相类似，但这一现象仍旧被大多数评论家当作小插曲或者解剖奇观一般视而不见。最好笑的是，有些男评论家甚至将之视为假高潮。马斯特斯和约翰逊所证明的生理上的真实性则完全是另一码事了。在多重高潮的女人中，他们发现，每一次高潮在生理学上都彼此相似，没有什么不同。如果说有不同的地方，那就是随着她们性爱的继续，高潮也会变得更愉悦。“当女性研究对象在实验室里被询问时，经历了多重高潮之后，她们都说第二次和第三次高潮通常比第一次更让人满意，感觉也更让人愉悦。”有些女人喜欢连续不间断的高潮，而另外一些则喜欢先进入另一个类似兴奋期或平台期的阶段，然后再来下一次高潮。“我们确立的重要事实之一——至少我们自己对此相当满意——是女性自然而然地实现多重高潮，”马斯特斯后来说道，“这一点在之前从没被人重视过。”
在解析女性性高潮奥秘的过程中，马斯特斯和约翰逊钻研了阴蒂的复杂结构、其稍显肥厚的纤维束以及在温度上的反应。与之前的男医生不同——包括将阴蒂描述为“类似男性阴茎的物体”的著名教科书《格氏解剖学》的作者——马斯特斯和约翰逊强调了它无与伦比的非凡特性。“阴蒂是人体解剖中最独特的器官，”他们写道，“在男性的整个身体结构中没有类似器官。”阴蒂并不是那些解剖学家误以为的所谓的什么“小弟弟”或者男性的阴茎，也不是弗洛伊德理论中所说的未婚少女在能获取更好的阴道高潮之前手淫时“不成熟”的性爱对象。与之相反，马斯特斯和约翰逊认为这些所谓专家关于阴蒂的论述多为“没有生物学事实为依据的行为概念集”以及“阻碍研究数十年之久的‘阴茎幻想’”。这两位研究者探测了性反应过程中阴蒂与阴道的内在联系，发现在高潮反应方面并没有差别。“阴蒂高潮和阴道高潮在解剖上真的是相互独立的吗？”他们问道，“从生物学的角度，这个问题的答案显然是‘不’。”另外他们还提到，在性爱过程中，将阴蒂和男人的阴茎做对比是毫无意义的事。虽然阴道湿润可能和男人的勃起差不多同时发生，但马斯特斯和约翰逊坚持认为“阴蒂对性刺激的反应和阴茎勃起的速度差不多这一普遍认识是错误的。”
他们的证据难以反驳。在数页的篇幅之中，关于充血的乳房以及女性生殖器(包括在高潮之前回缩的阴蒂包皮、阴蒂头以及阴蒂体)的简笔画为非专业人士提供了指导。一份记录高潮时心跳的心电图显示，被研究者的心率有时可以高达180次/分。女人在平卧位、上位以及胸膝位时的做爱过程都会被观察。她们自己或者由伴侣及门诊光学仪器进行刺激。人工阴茎在女人平卧位时运作良好，但当她们尝试上位时，就会有些“技术上的困难”。所以，对于那些喜欢上位的女志愿者来说，只能通过自然的方式，也就是通过一位真实的伴侣来实现高潮。不管是上位、下位还是侧身，结果都强调了女性性反应的级别。
高潮对于女人来说是一种全身的感觉体验——伴随着一种“强烈的阴蒂盆腔感知”，并且“经常有一种开启容纳的感觉”——而不像男人对于勃起与射精那种狭隘而集中的关注。与老生常谈的传统观念以及男医生的偏见不同，女人在人生的各个阶段都可以享受性行为。他们的研究显示，孕妇可以进行性生活，不用担心伤及胎儿，有时还会增加高潮的可能性，特别是在孕中期的时候。年长的妇女也不必结束她们的性生活。在61位年龄超过41岁的女实验者中，有3位年龄在71至80岁，结果显示年龄可能会减缓激情的强度，但绝不会彻底令其熄灭。“没有理由将绝经这个转折点作为女性性能力、性表现以及性欲望下降的标志。”马斯特斯和约翰逊还对女性性反应的极限进行了测试。研究者发现女性最强烈的高潮不是发生在和男伴侣做爱的过程中，而是在她们自己进行自慰时，这对于男人自尊就像是一支伤人的箭。和多重高潮的可能性一样，在少数情况下，有些女人可以达到“高潮状态”——一种长达20至60秒以上且中间没有平复期的持续高潮状态。(在附页中，有一种关于高潮状态的心电图，大概是为了平息那些对他们夸大事实的质疑。)这本书没有引用那些在没有触碰情况下单凭幻想就达到高潮的女人，但在出版之后，他们又发现并测试了3位属于这类情况的女性。
在马斯特斯和约翰逊的研究中，尽管他们强调自己的大样本量，但绝大多数志愿者对于性爱或者身体感受并不陌生，这一点无疑会影响到结果。书中写道，“这些女人的个性从非常害羞到相对独立，各不相同”，她们之前的性经历也从“一次到许多次”。但确凿的生理学数据显示，“婚姻关系”中每一位美国女性都有高潮的可能。被认为是“性冷淡”的女人——马斯特斯和约翰逊并不喜欢这个轻蔑而不精确的词汇——在性爱过程中也有十足的可能达到高潮。如果真有什么影响因素的话，她们更可能是受宗教或文化的抑制和影响，而非解剖生理上的缺陷或者个人的无能。只要有了足够的信息和鼓励，可免于社会的谴责，她们也可以到达性爱的美满之地。这是绝大多数女性之前没有听过的信息。“否认女性的高潮体验是一种自然发生的心理生理反应，在这一点上无论是图腾、禁忌还是宗教实践都没有完整地进行过解释。”作者在书中向读者保证说，“随着高潮的生理机制的确立，如今女性拥有了发展自己实际性反应水平的绝佳机会。”
他们强调，性满足全都在女性自己手中，这一点比起医学教科书更像是美国式的自助手册。
通过对比，马斯特斯和约翰逊描述的男性性反应有时可能不如女性，且需要对方持续的抚慰。“源于文化中满足对方的要求，‘对于表现的担心’在过去成为了男性特有的负担。”他们写道，这就如同想象着大力神(Hercules)将整个世界背负在自己肩膀上一样。
他们的实验显示。勃起可能是一场不确定的冒险，特别对于老年男性来说更是如此。射精被证明是转瞬即逝的事。有些男人不能控制它提前释放，因而导致他们的伴侣很受挫。在寻求高潮的过程中，女人可以显示出多层面的控制，能够随心所欲地“走走停停”，而男人很多时候则像脱轨的火车般一路前奔。“和女性高潮体验可以被外来的身心刺激所打断不同，男人的高潮一旦被生殖附属器官的收缩所触发，在射出全部精液之前就无法停止或延迟。”他们观察到。
马斯特斯和约翰逊通过他们的科学发现同时消除了“阴茎谬论”的其他错误。那些私下自慰的男人终于可以确定这样的“自慰”不会让他们变得疯狂。未行包皮环切术的男性比起包皮切除后的男性来说，在射精控制方面没有什么优势，性能力也不会下降。让更衣室里的运动员们高兴的是，他们打破了“手淫或性交之后的射精会对运动训练项目中的男性身体产生不利影响”这一广泛流传的观念。对于那些担心自己年老之后性能力下降的男性来说，似乎“用则生，不用则废”这句格言用在这儿非常合适。他们建议说，“老年男性保持有效的性能力最重要的因素是保持性活动。”以“阴茎”为题的章节——每种生殖器在书中都有单独章节——探讨了在男权主义的美国文化中普遍存在的关于其虚构重要性的忽视。“阴茎一直都被观察，但很少被理解。数个世纪以来，在艺术作品、文学作品以及传说中，这个器官一直都被人崇拜、辱骂，或者有意地扭曲。”他们观察到，“我们的文化不仅受到阴茎功能角色多种错误概念的影响，同时又推动了错误概念的产生。这些‘阴茎谬论’丰富了我们的艺术，这一点可能对于我们的文化更为重要，同时它也影响了我们的行为科学和生物科学。”
总的来说，他们所绘制的图像更像是一个情绪化的性器官。他们报告说，在兴奋阶段，阴茎勃起很容易因为“突然的响声、其他个体的声音，或者灯光、温度以及周围人员的改变”而消失。如果真有这种情况，那么任何妻子都会好奇一个需要支付账单、家里随时有孩子在、卧室里还开着电视机的已婚男人如何才能兴奋起来。和床上勇猛地不断反应的女性不同，兴奋对于男性来说，只有通过“小心地控制刺激技巧的变化和强度”才能持续“更长时间”——简而言之，其方法是不要在很短的时间内太过兴奋。他们的调查发现，为了让女人得到满足，男人对于射精的控制常常是必要的。在射精之后，如果男人在伴侣的阴道内停留一会儿而不是很快地抽身离开，那么类似勃起的状态可以维持一段时间。而快速离开——或者这个容易分心的家伙有“开始东张西望、谈论其他话题、转移到无性状态”之类的任何行为——则意味着肯定会恢复到软趴趴的状态。
意识到男人的防御性之后，马斯特斯和约翰逊驳斥了另一个常见的谬论——那就是拥有大尺寸阴茎的男人是更出色的情人。围绕着巨大阴茎或者小尺寸阴茎男人的那些故事，对于精神分析学家来说只是一堆喜剧式的烤肉、小便池的墙壁、麻烦的旅行之类的东西。“阴茎的尺寸与性能力相关，这是阳物崇拜这一错误概念所建立的另一个幻觉。”马斯特斯和约翰逊宣称。此外，出于自身的原因，他们故意回避回答最常被问及的一个关于男性解剖的问题——阴茎的平均尺寸。诚然，这种预测对于已经将机械人造阴茎作为研究一部分的这两位研究者是危险的。马斯特斯和约翰逊引用了已故的罗伯特·拉图·迪金森博士（马斯特斯数年之前研究过他的解剖书）的数据，他和一位名叫勒布的德国医生一起完成了1899次测量。通过对身高、阴茎长度以及脚的尺码进行对比，勒布报告说迟缓状态下的阴茎长度从8.5厘米到10.5厘米不等，平均长度为3.7英寸。马斯特斯和约翰逊在愿意配合的志愿者身上也做了相同的工作，但没有分享其结果。实验通常是由一名研究人员带上量尺去核查总共80个不同阴茎的表面，并测量迟缓状态下以及勃起时从基底到顶端的长度。在这份记录中，40个被归为小尺寸组的迟缓阴茎从7.5厘米到9厘米不等，而大尺寸组则为10厘米到11.5厘米。然而，当勃起时，几乎所有小尺寸组男性的阴茎尺寸都增长了1倍，而大尺寸组的男性并没有相同比例的扩大： 依据他们的结果，差不多扩大了75%。这场竞赛的最大赢家来自小尺寸组——一个阴茎不到3英寸长的志愿者在勃起时增大了120%，而且在3次重复测量中都是如此。
尽管努力地进行质量控制，马斯特斯和约翰逊还是承认这种测量有些草率，“至多是粗糙的临床测量”，接近于不可靠。1/3的阴茎测量是在“自慰”过程中进行的，这样实验者的空间足够大，可以保证准确性。但其余都是在接近射精时测量的。男性在“热烈性交”时拔出阴茎，令其完全充血时的状态让人测量，这只是理论上而非实践中的事。“虽然回馈的信息显然不够确定，但也没有统计学的证据支持大尺寸阴茎比小尺寸阴茎在完全勃起时尺寸的增加程度更大这个‘阴茎谬论’。”这个关于阴茎长度的有限披露已是研究者允许的最大程度了。他们一直避免着为那些裸身站在镜子前好奇自己“兄弟”是大是小还是正正好的典型美国男人提供任何黄金标准。“出版《人类性反应》的时候，我们有目的地没有纳入关于阴茎平均尺寸的信息。”马斯特斯10多年之后解释说，“从某种程度上来讲，我们希望通过这种避而不谈来消除‘阴茎尺寸对性反应至关重要’这个观念。”当然，马斯特斯和约翰逊计算出了美国人的平均尺寸，只是他们拒绝透露而已。“我们永远不会说，”马斯特斯半开玩笑半认真地说，“这是我们对于人类安全的贡献！不管我们说什么，每一个男人都会立马去找把尺。”
马斯特斯和约翰逊瞄准了一个更为广阔的课题，对男女都同样重要。在性交过程中，无论阴茎的大小如何，阴道似乎都知道该做什么。“完全的调节通常在前几次阴茎插入的过程中就完成了，无论其尺寸如何。”他们写道。担忧的男人应该了解，尺寸真的不重要；而在他们违背常理的突破性概念中，尺寸可能甚至是一种伤害！小尺寸阴茎的男人在兴奋期可以更容易、更早地进入阴道，他们建议到，对于他们的配偶来说就好像是一个“扩张器”。此时，拥有大阴茎的体贴男人只好等到他们的妻子准备好，进入人体反应周期更后面一点的阶段时才可以进入。在足够的照顾与刺激之下，阴道可以容纳几乎任何尺寸的“客人”。那些使用“人工性交”装置的女志愿者就是证明，彩色照片让人信服地进行了展示。女性解剖的奇妙力量似乎是一种自我实现的奇迹，心理学家亚伯拉罕·马斯洛这样说，他关于自尊以及女性性爱的研究在两人的书中也有引用。“这有助于让人意识到阴道是具有潜能的，而不是仅停留于它在未受刺激状态下的实际空间。”约翰逊后来几乎是存在主义地解释说，“事实上阴道是一个扩张能力非常强大的器官。毕竟，它可以从一个闭合状态扩大到足够容纳一个婴儿的脑袋。”
虽然他们关于“四阶段”框架的声称专注于平等，但马斯特斯和约翰逊在书中用确切的证据显示女人在性爱方面的勇猛，几乎任何形式以及任何年龄都是如此，远远超越她们的男性伙伴。他们关于人类性爱的观点简直是革命性的，颠覆了之前存在的规则。他们通过男女双方共同提供的解释，前所未有地反映了两者的观点。当他们用迟钝的医学术语低调处理那些爆炸性发现时，当他们尊重男性的虚荣心以及谨慎的堡垒时，当他们活生生地在精神分析学家的雷区周围绕圈并且从不直接与弗洛伊德进行较量时，当他们向金赛致以敬意并引用了329篇其他参考文献时，当他们的论证在医学界大会上以及那个道德保守的时代里成形时，他们所给出的证据是完整的、直白的、无可争议的。
经过长达10年的实验，在当时没有一个人实现或者敢于尝试的情况下，马斯特斯和约翰逊成功了。他们逃过了诽谤者曾经预言的那些攻击、监禁以及同行的辱骂。他们的书为男人和女人提供了一个全新的视角来看待自身以及相互交流。这是一个了不起的成就，在其他医学领域从未出现过，在将来也不可能重复。现在，经过了近乎匿名以及秘密监禁的辛苦工作之后，他们只希望整个美国能够注意到自己的成果。