Con los dos apellidos Masters y Johnson, se conoce popularmente al equipo de investigación conformado por el ginecólogo William Masters (1915–2001) y la sexóloga Virginia Johnson (1925–2013). Johnson y Masters se casaron en 1971 después de que este se divorciara de su primera esposa. Si bien se divorciaron en 1993, continuaron colaborando profesionalmente. Masters y Johnson fueron pioneros en el estudio de la naturaleza de la respuesta sexual humana, así como en el diagnóstico y tratamiento de trastornos y disfunciones sexuales, desde 1957 hasta la década de 1990. Juntos estudiaron la respuesta sexual humana, realizando un exhaustivo estudio en el que participaron diferentes parejas, tras su observación y análisis de los datos obtenidos de los encuentros sexuales de las personas que participaron en el estudio, diferenciaron cuatro fases en la respuesta sexual humana: excitación, meseta, orgasmo y resolución.
El trabajo de Masters y Johnson comenzó en el Departamento de Obstetricia y Ginecología de la Universidad Washington en San Luis y continuó en una institución de investigación independiente sin fines de lucro que fundaron en la misma ciudad en 1964, originalmente denominada Reproductive Biology Research Foundation (Fundación para la Investigación en Biología Reproductiva), y que luego pasó a llamarse Masters and Johnson Institute (Instituto Masters y Johnson) en 1978.
Durante la fase inicial de sus estudios, entre 1957 y 1965, registraron algunos de los primeros datos de laboratorio sobre la anatomía y la fisiología de la respuesta sexual humana, basándose en la observación directa de 382 mujeres y 312 hombres, en lo que estimaron (de manera conservadora) como «10 000 ciclos completos de respuesta sexual». Sus hallazgos, especialmente en lo relativo a la naturaleza de la excitación sexual femenina (por ejemplo, al describir los mecanismos de la lubricación vaginal y refutar la creencia, entonces muy extendida, de que dicha lubricación provenía del cuello uterino) y al orgasmo (al demostrar que la fisiología de la respuesta orgásmica es idéntica, independientemente de si la estimulación es clitoridiana o vaginal, y al demostrar, además, que algunas mujeres son capaces de experimentar orgasmos múltiples), disiparon muchos conceptos erróneos de larga data. Ambos escribieron conjuntamente dos obras clásicas en este campo: Human Sexual Response (Respuesta sexual humana) y Human Sexual Inadequacy (Inadecuación sexual humana), publicadas en 1966 y 1970, respectivamente. Ambos libros fueron éxitos de ventas y se tradujeron a más de treinta idiomas.
Tras la creación del Instituto Masters y Johnson, ambos investigadores comenzaron a ofrecer consejería clínica en sexología. Sus clientes solían ser parejas que enfrentaban problemas de disfunción sexual o de desempeño sexual. El proceso terapéutico que se brindaba en la clínica era intensivo y de corta duración, e integraba psicoterapia, terapia cognitiva y educación sexual. Estos enfoques se describieron en su obra Human Sexual Inadequacy, publicada en 1970. En The Pleasure Bond (1975; escrita junto con Robert J. Levin), Masters y Johnson expusieron sus perspectivas sobre la sexualidad dirigidas al público general.
En 1979, Masters y Johnson publicaron el polémico libro Homosexuality in Perspective (Homosexualidad en perspectiva), un informe sobre el tratamiento clínico de los problemas sexuales que afectaban a personas homosexuales. En dicha obra, describieron la conversión a la heterosexualidad de varias decenas de personas homosexuales quienes, según los investigadores, deseaban funcionar como heterosexuales. Asimismo, en colaboración con Robert C. Kolodny, escribieron Human Sexuality (Sexualidad humana; 1982), Crisis: Heterosexual Behaviour in the Age of AIDS (1988; Crisis: Comportamiento heterosexual en la era del SIDA) y Heterosexuality (1994; Heterosexualidad). Masters y Johnson fueron objeto de duras críticas por Crisis, libro en el que afirmaban que el VIH/sida podía contraerse, en teoría, a través de objetos como lentes de contacto contaminados, lo que provocó un miedo irracional y dio lugar a ideas científicamente erradas sobre la enfermedad.
Masters y Johnson fueron incluidos en el Paseo de la Fama de San Luis. Asimismo, sus vidas han sido retratadas en la serie de televisión Masters of Sex, basada en la biografía escrita por Thomas Maier y publicada en 2009.
Masters se formó en el Hamilton College, en Clinton (Nueva York), y en la Facultad de Medicina y Odontología de la Universidad de Rochester, donde obtuvo su título de médico en 1943. En 1947, se incorporó al cuerpo docente de la Facultad de Medicina de la Universidad Washington en San Luis. Masters y Johnson se conocieron en 1957, cuando William Masters contrató a Virginia Johnson (quien para entonces no tenía un título universitario) como asistente de investigación en el estudio exhaustivo sobre la sexualidad humana que había empezado unos años atrás.
Según el autor y biógrafo Thomas Maier, como parte de su investigación clínica, Masters y Johnson observaron a voluntarios remunerados mientras participaban en actividades sexuales, conectados a diversos dispositivos en su laboratorio. Según Maier, a petición de Masters, ambos mantuvieron relaciones sexuales como sujetos de su propio estudio y, con el tiempo, se convirtieron en amantes. Maier señaló que Masters pasaba más tiempo en el laboratorio con Johnson que con su esposa, Libby, y sus hijos, y que además, solía pasar las vacaciones de verano junto a ella. Para cuando Masters se divorció de su primera esposa en 1971, sus colaboradores consideraban que él y Johnson prácticamente vivían juntos, además de trabajar y viajar en compañía los siete días de la semana. Masters y Johnson contrajeron matrimonio en 1971, pero posteriormente se divorciaron el 18 de marzo de 1993, según consta en los registros del Tribunal de Circuito del condado de San Luis; a pesar de ello, continuaron trabajando juntos en el ámbito profesional.
Antes del trabajo de Masters y Johnson, el estudio de la sexualidad humana (sexología) había sido un campo ampliamente descuidado debido a las restrictivas convenciones sociales de la época, siendo el tema de la prostitución una notable excepción. Alfred Kinsey (1894 -1956) y sus colegas de la Universidad de Indiana habían publicado previamente dos volúmenes sobre el comportamiento sexual en hombres y mujeres, conocidos como los «Informes Kinsey»—, en 1948 y 1953 respectivamente; ambas obras resultaron revolucionarias y controvertidas en su momento. No obstante, el trabajo de Kinsey se centró principalmente en investigar la frecuencia con la que ciertos comportamientos aparecían en la población, basándose en entrevistas personales y no en observaciones en condiciones de de laboratorio. Masters y Johnson se propusieron estudiar la estructura, psicología y fisiología del comportamiento sexual mediante la observación y medición de la masturbación (con la mano o con juguetes sexuales) y relaciones sexuales en un entorno de laboratorio. Numerosas medidas fisiológicas fueron registradas, incluyendo la frecuencia cardíaca y la frecuencia respiratoria, así como la lubricación vaginal.
Inicialmente, los participantes en sus experimentos fueron personas que ejercían la prostitución. Masters y Johnson explicaron que se trataba de un grupo socialmente aislado, con amplios conocimientos sobre el sexo y dispuesto a colaborar en el estudio. De las 145 personas que participaron, solo un grupo selecto fue sometido a una evaluación más detallada de su anatomía genital y sus respuestas fisiológicas. En estudios posteriores, sin embargo, Masters y Johnson reclutaron a 382 mujeres y 312 hombres de la población general. La gran mayoría de los participantes eran blancos, contaban con un nivel educativo superior y, en su mayor parte, se trataba de parejas casadas.
Además de poner por escrito algunos de los primeros datos fisiológicos sobre el cuerpo humano y los órganos sexuales durante la excitación sexual, Masters y Johnson presentaron sus hallazgos y conclusiones utilizando un lenguaje que describía el sexo como una actividad saludable y natural, la cual podía disfrutarse como fuente de placer e intimidad.
La época en la que se llevó a cabo su investigación permitió el empleo de métodos que no se habían intentado anteriormente, ni se han vuelto a intentar desde entonces: «[H]ombres y mujeres fueron designados como "parejas asignadas" y emparejados de forma arbitraria entre sí para formar "parejas asignadas"».

Uno de los aspectos más perdurables e importantes del trabajo de Masters y Johnson fue la creación del modelo de cuatro etapas de la respuesta sexual, al que denominaron «ciclo de respuesta sexual humana», como resultado de su observación de casi 10 000 actos sexuales (ciclos sexuales completos) de hombres y mujeres. Encontraron que la excitación y respuesta sexual seguía un patrón predecible y especificaron cuatro fases sucesivas en su modelo:
El modelo de Masters y Johnson no establece ninguna distinción entre las categorías propuestas por Sigmund Freud de «orgasmo vaginal» y «orgasmo clitoridiano», y encontraron que la respuesta fisiológica durante estos dos supuestos «tipos» de orgasmo femenino era idéntica, independientemente de la zona en la que se aplicara la estimulación.
Los hallazgos de Masters y Johnson también revelaron que los hombres experimentan un periodo refractario tras el orgasmo, durante el cual no pueden volver a eyacular, mientras que las mujeres no presentaban un periodo refractario, lo que les permitía alcanzar orgasmos múltiples. Asimismo, Masters y Johnson fueron los primeros en describir el fenómeno de las contracciones rítmicas que ocurren durante el orgasmo en ambos sexos: al principio, estas se producen a intervalos de 0,8 segundos y, posteriormente, disminuyen gradualmente tanto en frecuencia como en intensidad.
Diferentes aspectos de la obra de Masters y Johnson han sido criticados. Por ejemplo, su metodología de investigación ha sido objeto de críticas. Si bien se han realizado numerosas investigaciones basadas en el modelo de cuatro etapas del ciclo sexual de Masters y Johnson, se han detectado inexactitudes en las descripciones de las fases de la respuesta sexual. Por ejemplo, Roy Levin identificó algunos aspectos del modelo que no se habían abordado: En primer lugar, Masters y Johnson afirmaron que solo la vagina se lubrica durante la fase de excitación; Levin sostiene que los labios también producen su propia lubricación. Asimismo, Levin presenta investigaciones que demuestran que el primer signo de excitación fisiológica en la mujer es el aumento del flujo sanguíneo hacia la vagina, y no la lubricación. También refuta información sobre la respuesta sexual masculina: mientras que Masters y Johnson señalaron que el placer estaba asociado positivamente al volumen del semen eyaculado, Rosenberg, Hazzard, Tallman y Ohl aplicaron un cuestionario a un grupo de hombres y hallaron que una proporción significativamente mayor de ellos asociaba el placer físico con la intensidad de la eyaculación más que con el volumen. Además, algunos investigadores han descubierto que ciertos hombres pueden experimentar orgasmos múltiples, contrariamente a lo que habían reportado Masters y Johnson.
Otros autores han también señalado problemas con el modelo de Masters y Johnson. Algunos, por ejemplo, han criticado la confiabilidad de las definiciones y secuencias de cada fase, en tanto Masters y Johnson no calcularon el acuerdo entre observadores sobre los cambios observados. Otros han criticado los estudios de Masters y Johnson desde perspectivas clínicas y feministas, sugiriendo que el estudio tuvo un proceso sesgado de selección de participantes, así como sesgos de los investigadores y sesgos metodológicos. Paul Robinson argumenta que, dado que muchos de sus participantes eran trabajadores sexuales, es muy probable que estas personas tuvieran una mayor experiencia sexual y se sintieran más cómodas con el sexo y la sexualidad en general. Señala que estos resultados deben interpretarse con cautela, ya que tales participantes no representan a la población general. Más aún, cuando los estudios progresaron hacia ambientes clínicos, los participantes típicamente fueron mujeres blancas casadas y heterosexuales que eran emparejadas con hombres al azar. En estos estudios clínicos, los y las participantes tenían que ser remitidos a Masters y Johnson por otros médicos o especialistas, y en consecuencia la mayoría eran personas de altos ingresos y niveles educativos. De hecho, 17.5 % de las parejas casadas que participaron incluían a médicos (especiamente psiquiatras) o psicólogos clínicos que se habían autorremitido.
Otros investigadores han señalado que Masters y Johnson excluyeron a personas con atracción hacia el mismo sexo al estudiar el ciclo de respuesta sexual humana, lo cual limita la posibilidad de generalizar sus resultados. Las prácticas sexuales de personas gais y lesbianas fueron estudiadas mucho más tarde por Masters y Johnson, en un programa que se desarrolló entre 1968 y 1977. Ha habido duras críticas respecto a cómo informaron sobre la aplicación de la terapia de conversión en este grupo de voluntarios, reportando una tasa de éxito del 71,6 %, una práctica que hoy es universalmente condenada y que ha sido prohibida por organizaciones profesionales.
Masters y Johnson también han sido criticados por estudiar los comportamientos sexuales en un entorno de laboratorio. Aunque intentaron que los participantes se sintieran lo más cómodos posible, ofreciéndoles, por ejemplo, una «sesión de práctica» antes de grabar su comportamiento, los críticos sostienen que la actividad sexual entre dos personas en un laboratorio constituye una experiencia muy distinta a la que se vive en la privacidad y comodidad del propio hogar. Otra crítica recurrente es que, a pesar de sus muchos años de trabajo clínico, Virginia Johnson nunca obtuvo un título universitario, y que además, a menudo no corregía a quienes, ya fuera en la prensa o en el trato personal, se referían a ella como «doctora Johnson».
Otros investigadores han criticado que Masters y Johnson definan la respuesta sexual exclusivamente en términos fisiológicos; por ejemplo, Everaerd y Laan han determinado que la excitación sexual puede definirse como un estado emocional tanto en hombres como en mujeres. Otros estudios señalan que existe una falta de concordancia entre la excitación sexual subjetiva de las mujeres y su excitación genital. Rosemary Basson argumenta que este modelo explica de manera deficiente la respuesta sexual femenina, especialmente en el caso de mujeres que mantienen relaciones de pareja a largo plazo. Algunos investigadores en el campo de la sexualidad, en particular Shere Hite, se han centrado en comprender cómo los individuos perciben la experiencia sexual y qué significado tiene para ellos. Hite ha criticado el trabajo de Masters y Johnson por incorporar, sin un análisis crítico, actitudes culturales sobre el comportamiento sexual en sus investigaciones. Por ejemplo, tanto Hite como Elisabeth Lloyd han cuestionado el argumento de Masters y Johnson según el cual el coito debería proporcionar suficiente estimulación clitoridiana para alcanzar el orgasmo, así como la inferencia de que, si esto no ocurre, se trata de un signo de «disfunción sexual» femenina. El trabajo de Hite, en cambio, concluyó que el 70 % de las mujeres que no alcanzan el orgasmo durante el coito pueden lograrlo fácilmente mediante la masturbación. Si bien Hite reconoce que tanto Kinsey como Masters y Johnson realizaron contribuciones importantes a la investigación sobre la sexualidad, sostiene que es necesario comprender la construcción cultural y personal de la experiencia sexual para que los hallazgos sean relevantes respecto al comportamiento sexual fuera del laboratorio.