胸交感干位于胸部脊柱的两侧，它们都有白交通支和灰交通支与胸神经相连。节前纤维起始于脊髓胸段，经前根加入胸神经，再经白交通支与相应的交感节相连，大部分节前纤维与节细胞发生突触连接，从节细胞发出的节后纤维部分经灰交通支回到胸神经，随胸神经及其分支分布于胸腹壁的血管平滑肌、汗腺和竖毛肌。部分节后纤维可襻附于邻近的血管壁，随之分布于各器官。
一部分节前纤维并不立即与相应的神经节内的节细胞发生突触连接，它们在交感干内上升或下降到另一些交感节，与节内的神经元形成突触。最明显的例子是从上位胸髓来的交感节前纤维，上升到颈部各节，与节内神经元形成突触。此外，有的节前纤维仅穿过神经节，然后汇成独立的神经，如从T5－9交感节穿行组成的内脏大神经和T10、11交感节穿行组成的内脏小神经。它们穿膈脚抵达腹腔神经丛，在该丛的腹腔神经节及其副节（如肠糸膜上节、肾节等）内，与节细胞形成突触连接。颈交感节和上4胸节的节后纤维，支配胸部呼吸器官、心脏和食管。在分布于肺和心之前，分别形成肺丛和心丛。交感神经的作用是使心率加快，冠状动脉舒张；使气管、支气管平滑肌舒张，血管收收缩，粘膜腺分泌减少；食管、胃、肠蠕动减缓。
胸部的副交感神经来自左、右迷走神经。左、右迷走神经干在颈部发出心支和喉返神经的心支参加心丛的构成；左、右迷走神经干在胸部经过肺根后方时，发出许多细支形成左、右肺丛，并在食管形成食管前、后丛，最后又组成前、后干随食管一并穿过食管裂孔入腹腔。迷走神经的作用是使心率减慢，冠状动脉收缩；气管、支气管平滑肌收缩，粘膜腺体分泌增加；食管、胃、肠蠕动增强。
胸腔内脏的感觉纤维大部分伴随交感纤维走行，进入胸髓上段；小部分伴迷走神经直行，入于延髓。
