颈椎发出数十根背侧和腹侧小神经根，在进入椎间孔前合并成背侧根和腹侧根，并在背侧根形成一小的长方形的膨大的背根神经节，由感觉神经元的胞体组成。在进入椎管时，背侧根和腹侧根合并形成脊神经，出椎间孔后，就分为腹侧支和背侧支。

背侧支出椎间孔后向后走行，当进入到关节柱的后外侧部，就分为内侧支和外侧支，后者向背侧走行远离关节柱，支配竖脊肌、头夹肌和颈夹肌，最终止于颈背侧皮肤支配其感觉。背侧支的内侧支提供多裂肌和棘间肌的感觉支配。在C4～8节段，内侧支还支配上一、下一节段的关节突关节。

C1脊神经经寰椎后弓出椎间孔后分为腹侧和背侧分支，后者称之为枕下神经然后向头侧走行进入枕下三角，支配周围的肌肉组织并和C2背侧分支相联，参与支配头皮后部。C2脊神经在寰椎后弓和枢椎椎板之间出椎管，在寰枢关节外侧分为腹侧支和背侧支，后者转向头侧然后发出内侧、外侧、上交通、下交通和头下斜肌分支;内侧分支向上走行进入头皮并和枕动脉伴行在头皮下继续上行，发出皮支支配枕、顶、颞部的头皮。C2的内侧支通常被称为枕大神经。

C3通过C2-3椎间孔出椎管，然后分为腹侧和背侧分支，后者向后转在枢椎和C3椎骨横突之间发出深、浅、外侧分支和C2背侧支的交通支。其中的浅分支又被称为第三枕神经，是C3背侧支的最大分支，支配C2～3关节突关节，终止于枕下区域的皮神经。

颈神经的腹侧分支组成两个神经丛，分别为C1～4组成的颈丛神经和C5～T1组成的臂丛神经。

颈丛神经位于颈内静脉和胸锁乳突肌深面，组成一系列的襻状连接。皮神经通常位于胸锁乳突肌后界中点的表面，包括枕小神经、耳大神经、颈横神经和锁骨上神经。颈丛亦发出膈神经分支，膈神经由C3～5神经的腹侧支的运动纤维组成，C4为主要组成部分。膈神经向下走行至前斜角肌水平，在此转向肌肉的腹侧继续下行进入胸腔。

臂丛神经由C5～T1神经腹侧支发出组成上(C5～6)、中(C7)、下(C8～T1)三个干。三干位于锁骨上的颈后三角。腹侧支形成干之前发出两个周围神经:肩胛背神经和胸长神经，分别支配肩胛提肌、菱形肌和前锯肌。上干的分支包括锁骨下和肩胛上神经。当三干走行于锁骨下，各自发出前后分支称之为股。上中干的前股合并为侧束，下干的前股单独向前走行形成中束。三干的后股合并形成后束。向下形成走行形成外周神经分支如正中神经、桡神经和尺神经等支配上肢的感觉和运动。

颈部交感神经位于颈椎前侧方，头长肌浅层，由颈上、中、下神经节组成，其内有节后神经元轴突的胞体，颈部交感神经干位于颈长肌和头长肌之前，颈总动脉和颈内动脉之后，其节前神经纤维发自胸脊髓灰交通支的胞体组成的交感神经干，一般由T1～6脊神经发出。

颈部交感神经干有上、中、下三个神经节。从上段胸部脊髓发出的节前交感神经纤维在神经节内和节后神经纤维形成突触。

颈上神经节非常大，在C1、C2颈椎水平，其分支分别到达颈内动脉和颈外动脉形成神经丛;通过灰交通支到达C1～4颈脊神经、喉和心脏(心上神经)。

颈中神经节位于C6水平，分布到甲状腺、C5～6脊神经和心脏(心中神经)。颈下神经节较大，常和第一胸交感神经节融合组成颈胸神经节(亦称星状神经节)，位于第一肋颈和C7横突前。分布到C7、T1脊神经、椎动脉和心脏(心下神经)。