Спинной мозг расположен в костном позвоночном канале. Имеет вид белого шнура диаметром около 1 см и длиной 40-45 см. На передней и задней сторонах имеются глубокие продольные борозды. Спинной мозг состоит из 31 
сегмента, от каждого из которых отходит пара смешанных спинномозговых нерва, имеющих по паре корешков: передний (аксоны двигательных нейронов) и задний (аксоны чувствительных нейронов). Сегмент спинного мозга – участок спинного мозга, соответствующий двум парам корешков спинномозговых нервов (паре спинномозговых нервов), отходящих от данного сегмента. Различают 8 шейных, 12 грудных, 5 поясничных, 5 крестцовых и 1 копчиковый сегменты. Каждый сегмент имеет связь с определенными внутренними органами, скелетными мышцами и кожей, образуя так называемый метамер (дерматом). Задние корешки являются афферентными, чувствительными, центростремительными. Передние корешки – эффекторными, двигательными, центробежными. Шеррингтон показал, что каждый сегмент спинного мозга иннервирует 3 метамера тела и получает афферентные импульсы от трех метамеров, а каждый метамер иннервируется из трех сегментов спинного мозга и передает сигналы в три спинномозговых сегмента.
Тела нейронов, образующие серое вещество, находятся в центральной части спинномозгового тяжа, вокруг расположено белое вещество, образованное нервными волокнами. В сером веществе выделяют передние, задние и боковые рога (слева и справа), в соответствии с которыми белое вещество делится на передний, задний и боковые столбы. В задние рога по задним корешкам поступают от периферических рецепторов волокна чувствительных нейронов, тела которых находятся в спинальных межпозвоночных ганглиях. Эти волокна заканчиваются на вставочных нейронах (интернейронах), тела которых расположены в задних рогах. В передних рогах окончания вставочных нейронов подходят к мотонейронам, от которых по передним корешкам отходят эфферентные окончания к исполнительным органам. В боковых рогах происходит переключение афферентных волокон на нейроны вегетативной нервной системы.
На протяжении спинного мозга выделяют два утолщения – шейное (сегменты, иннервирующие верхние конечности) и пояснично-крестцовое (сегменты, иннервирующие нижние конечности и тазовые органы). В утолщениях спинного мозга соматические нейроны более крупные, количество их больше, в каждом корешке этих сегментов больше нервных волокон и они более толстые.
Общее количество нейронов спинного мозга примерно 13 миллионов, из них 3% составляют мотонейроны и около 97% – вставочные (интернейроны).
В сером веществе спинного мозга интернейроны и моторные нейроны образуют функциональные объединения, отвечающие за определенные функции. Рексед предложил деление серого вещества на 10 пластинок, или слоев:
I–IY пластинки образуют «головку заднего рога» и являются первичной сенсорной областью серого вещества для проекции большей части экстероцептивных афферентных волокон от туловища и конечностей.
Y–YI пластинки образуют «шейку заднего рога», в которой оканчиваются волокна от сенсомоторных областей коры и волокна проприоцептивной чувствительности туловища и конечностей.Здесь интегрируются рефлексы, обеспечивающие точную регуляцию движений.
YII пластинка – это область проприо- и висцероспинальных связей, а также афферентных и эфферентных связей спинного мозга с мозжечком и средним мозгом.
YIII пластинка содержит бульбо- и проприоспинальные связи, модулирующие двигательную активность.
IХ пластинка является первичной моторной областью и содержит мотонейроны спинного мозга, объединенные в функциональные группы и представляющие собой общий конечный путь рефлексов спинного мозга.
Х пластинка представляет собой серое вещество, окружающее центральный канал и, наряду с нейронами, содержит большое количество глиальных клеток.