在他們具有里程碑意義的書籍《人類性反應》中，對於人類性愛知識的狀況以及社會在這方面補救的瘠乏，馬斯特斯和約翰遜從開頭就用最淺顯的文字表達了遺憾之情。
「在持久存在的對於人體反應的廣泛忽視之下，數百萬個體的良好狀態遭到損害，生物學家、行為學家、理論家以及教育家如何能保持良心平靜？」他們懇求道，「世上沒有哪個男人或女人在其一生中不會面臨對性張力的關心。除了那些對於我們的存在必不可少的生理反應之外，我們生命的這一方面從多重角度來看都比任何其他領域對人類的影響更大，因此怎麼可能一直無法享有客觀的科學分析呢？」
這些理想主義的論調一直迴響在年輕的比爾·馬斯特斯心中，他十分震驚於美國對性愛的忽視，並決心在這方面做一些事。但這本書不久後就似乎成為了一個老練的醫學探索者在新大陸插上的一面旗幟，合法地聲明新見解的聲望。他們用一種尊敬但有所保留的辭彙表達了對於當時已經去世12年之久的阿爾弗雷德·金賽的感謝。當談及金賽以及他的團隊「發表反應性行為模式的不朽統計結果」時，馬斯特斯和約翰遜力求使讀者理解金賽的努力僅局限於社會學而不是醫學。事實上，他們認為歷史學家們「將來的評價」可能會論斷說金賽最大的貢獻是做了他們工作的先驅，「開啟了我們文化中先前關閉的大門，迎來了關於人類性反應決定性的研究」。馬斯特斯和約翰遜甚至設法從弗洛伊德那兒挖掘了一句引言，一句聽似針對他們工作的號召：「生物學的確是一片具有無限可能的領地。我們可以期待它帶來最驚人的信息。對於我們提出的問題，根本無法猜測數十年之後它所作的回應。它可能會徹底吹散我們整個人造的假設結構。」
馬斯特斯和約翰遜關於生物學發現的書暗示著自己便是弗洛伊德預言的燃燒彈。不僅停留於理論或假設，他們會在《人類性反應》中提供充足的事實來支持自己的主張。書的第一部分強調了男女在性愛過程中的共性，其中包括血流加速和肌張力上升。儘管在解剖學上有著顯著的差別，但「一次又一次，注意力會被吸引到對人類性反應直接的對比上，這種在某種程度上存在的對比之前一直都未被鑒別到」。沿著這個方向，就好像遠處的觀鳥者，他們注意到了翅膀在色調和形態上的變化，比如「穩定期女性小陰唇的顏色變化以及男性龜頭的充血」。儘管約翰遜自始至終都在描述病史資料，但是這本315頁的書本核心是馬斯特斯關於性愛生理與解剖的分析，其中儘可能地避免了「煽動性」語言，特別是在描述性行為的時候。
最值得注意的是，馬斯特斯和約翰遜概括了關於性愛的大致框架，其中包括人體反應的4個獨立階段。當進行性刺激的時候，男女雙方都會經歷興奮期、穩定期、高潮期、消退期或者稱為不應期。個體與個體之間這4個階段的時長及強度方面可以有很大差異。但是這種廣義的「人類性反應周期」可以被作為、也應被預期成為一種歸結尚無規則的性愛的方式。他們在探索中所抱的雄心壯志是要與弗洛伊德的宏偉理論相競爭，然而對於4個階段的總結似乎連最沒經驗的情人都很熟悉。他們確認在男人身上，興奮來得很快。對於年輕的男性，當他們的性慾被激起之後，可以在3到5秒之內從弛緩狀態一下變為完全勃起。而那些年長一些的男性則需要2到3倍的時間才能準備好，而且他們的堅硬程度可能還有一點不穩定。在男性身上興奮最明顯的體現從沒有改變。而在年輕女性身上最先出現的證據是乳頭的勃起、乳房的飽滿以及刺激10到30秒之後陰道的濕潤、在期望更多的刺激時會出現陰道管腔的延長。儘管對於年長的女性興奮可能會慢一點，但研究發現通過正確的刺激，「80歲以上人群都可以有這些反應」，這對於老年人群來說無疑是一個驚喜。
在這個狂喜的過程中，渴求的人們不久就發現他們自己已處於穩定期，這一暫時階段被形象地描述為進入主題前的休憩小站。在女性中，當「性張力顏色變化」將小陰唇及周邊組織的顏色從淺紅色轉為深紫紅色時，陰道會進一步濕潤。最顯著的是，伴隨著龜頭縮回保護性遮蓋的包皮中，調節女性性反應的陰蒂從其正常狀態變得明顯緊繃起來。在這個穩定期，男性保持著勃起，睾丸膨脹並有些提升，分泌出幾滴黏液狀的液體。男女雙方在這個階段通常都會體驗到一種「性的紅暈」，反應為「持續增加的性張力」之下短暫的全身皮膚風疹狀皮疹。由於這本書充滿了醫學辭彙，多到需要專門為普通外行讀者準備一張術語表，一位作者指著諸如「這種斑丘疹樣的紅疹首先出現在上腹部」這樣的句子——通俗作者可能將其描述為腹部的性紅暈——稱他們是「最令人費解的拉丁文醫學的證明」。
伴隨著高潮，男女雙方都如鮮花怒放一般，生命的節奏極速賓士。男性方面，在精液從陰莖中射出之前，前列腺段尿道會持續出現「無法控制的射精感」，心率和呼吸頻率從正常水平顯著加快。在女性方面，高潮則會表達得更長一些。一旦高潮到來，在顫抖減少之前，子宮以及外1/3陰道波狀收縮會每隔0.8秒重複4到8次——差不多和男性在高潮射精時的收縮同等次數。馬斯特斯和約翰遜在興奮的女性身上發現其陰道前壁會向後上方運動，製造出一種「遮蓋」的效果，與增大了將近一倍的子宮一起容納陰莖。在男女雙方身上，隨著直腸括約肌的運動，整個骨盆內組織都一起收縮起來。
在這個小高峰之後，肌張力的鬆弛以及充血的性器官中血流的平緩標誌著第4個階段——消退期的到來。這種尾聲在男性身上最為明顯，表現為勃起的陰莖快速地失去其堅挺狀態。紫紅色的男性器官會在短時間內保持一點膨脹，直到完全縮小到未喚醒的自然狀態。對於女性，當血流以及皮膚變色情況很快開始消退的時候，其不應期幾乎無法察覺，而且「會延伸好幾分鐘」。
馬斯特斯和約翰遜像維瓦爾第 的協奏曲一樣將這4個階段組合在一起，即使他們對於男女雙方性反應具有可比性的主張似乎有點牽強。「對於有效性刺激的反應，男女之間的對比強調了雙方在生理上的相似，而非不同。」馬斯特斯和約翰遜並沒有將性愛描繪成兩極相對，就如亞當和夏娃那樣彼此不同，他們發現，每一個做愛中的成年人，不管自己喜歡還是不喜歡，他們「在生理反應方面都是相同的」。他們將自己的推論基於相同「血管充血」——通過靜脈血液充斥到性器官——以及可觀察到的繼發性特徵，比如喘氣以及肌肉收縮。人們對他們的4階段結構提出質疑，並認為男女之間的對比被過於整齊地分類。比如，男女身上類似的0.8秒收縮，好像用秒錶測算過的，是一個「象徵性而非實際的發現」，歷史學家保羅·羅賓森這樣評價道。「它提示在性高潮時，男女是完全和諧同步的。他們在同一個節奏上前行。」這本書包含著一種歡快的平等主義論調，沒有直接面對醫學專業關於男性在性愛過程中支配地位的錯誤觀點。
然而，這本書最重要的是，詳盡描述了他們的發現，這完全源於對382名女志願者及312名男志願者長達約10年的觀察。不能否認——面對性愛的嚴峻考驗時，女人優於男人，這本書的構架強調了這一點，書中有141頁內容是描述女性性反應的，足足是男性的3倍多。臨床的描述與圖解提供了一份關於女性身體奇境的地圖，詳述了關於性愛這一未解生理之謎的新視野。他們關於女性性反應里程碑式的發現將會驗證長期以來的臨床工作部分，對於之後近20年美國性革命的定義及發源產生了深遠的影響。由於對女人多重高潮的能力進行了深入研究，馬斯特斯知道自己發布的結果將會撼動以男權主義為圖騰的美國文化，後者一直受困於他所謂的「陰莖謬論」和幻想之中。在第一次高潮之後，男人需要等待1個小時甚至1個小時以上，在重新振作之前，他們不得不在這個所謂的消退期中忍受著暫時性的陽痿。但絕大多數達到高潮的女人時刻準備著迎接更多的快感，一而再、再而三都不在話下，只要心情合適，條件也允許。「女人沒有不應期，」他們在兩性性反應的對比中寫道，「在高潮之後，她不會失去性張力，通常都可以回到重複的高潮體驗之中。」關於女性多重高潮的描述在正本《人類性反應》以及他們的其他文章中都有提及。「高潮之後，男性在短時間之內通常無法再有更多高潮；而不同於男性，許多女性，特別是在陰蒂刺激之下，可以數分鐘之內規律地經歷五六次完整的高潮體驗。」在這樣的場景中，女人在床上表現的激情潛能遠遠超過男人鞭炮般的一次發射。
在馬斯特斯和約翰遜之前，醫學文獻將所謂的性能力低下描繪為「性冷淡」或「少女」，就好像女人無法和男人並駕齊驅一樣。儘管在金賽的調查中，1/6的女性被訪者提到多重性高潮，其比例與斯坦福大學心理學家路易斯·M·特曼對已婚夫婦的研究結果相類似，但這一現象仍舊被大多數評論家當作小插曲或者解剖奇觀一般視而不見。最好笑的是，有些男評論家甚至將之視