另外一种性行为，在某种程度上也算是不由自主的，那就是性幻想（sexual fantasy）。虽然有些人可以有意识地控制性幻想及幻想的内容，有些人却不能；有一些的例子是当幻想本身变得十分强烈时，足以控制或影响到个人的行为。不是每个人都有性幻想，但研究者普遍认为男性和女性都会有性幻想。
性幻想有时候具有正面功能，可为从未有过性行为的人提供一种安全的预演（例如，如果性的机会本身对青少年来说很重要的话，他们可以通过性幻想，想像对方可能会做什么或说什么），或提供一种安全的方式，使人体验到不须实际去做的性的情境。
性幻想可以是一种白日梦，允许自己从真实生活的需要中暂时逃脱，它也可以在自慰或做爱之前和进行这些事时增加性兴奋。性幻想也像一个安全活阀，理解对性行为的问题、疑惑惑罪恶感。
性幻想可能经过有计划的想像出现，也可能突然心生意念而产生；或者与特定的性刺激有关或无关。
性幻想的内容五花八门，往往包括各种想像的行为、性伴侣，或从未经验过的状况。有些男性表示，如果有机会的话，他们或许会尝试体验较不寻常的性幻想（像性虐待之类），但大多数的女性却表示不会想去实现这种极不寻常的幻想。人们可以说是这些性幻想的“导演”，可以给每个“故事”一个令人满意的结局，也可以在这些幻想令人困扰时结束它。
有些人一再重复某种相同的性幻想（可能知道相同的幻想可增加性兴奋，或从性高原期提升到高潮），而另外有些人却经常幻想不同的内容（或许新奇令他们更兴奋）。