Tủy sống có 31 đôi dây thần kinh tủy, mỗi dây thần kinh tủy bao gồm các nhóm sợi thần kinh cảm giác được nối với tủy sống qua rễ cảm giác và nhóm thần kinh vận động nhưng lại được nối với các rễ vận động.
Cắt ngang tủy sống, cấu tạo tủy sống có 3 phần: màng tuỷ sống bao bọc phía ngoài; phần chất xám và phần chất trắng; ở giữa có một lỗ nhỏ là ống tủy sống.
Màng tuỷ sống
Có 3 lớp màng của tủy sống: lớp màng cứng ở bên ngoài, tiếp theo là lớp màng nhện, mỏng đàn hồi. Màng cứng và màng nhện có chức năng bảo vệ. Bên trong cùng là lớp màng nuôi (còn gọi là màng não – tuỷ) mềm, dính chặt vào tuỷ sống, có nhiệm vụ nuôi dưỡng mô tuỷ sống.
Chất xám
Nằm trong phần chất trắng, hình chữ H. Ở chính giữa có 1 ống rỗng (ống tủy sống) không chứa dịch não tủy. Chất xám do thân và các tua ngắn của các tế bào thần kinh tủy sống tạo nên. Chất xám chia thành 2 sừng: sừng trước, sừng sau (ở đoạn ngực có thêm sừng bên). Ở sừng trước thân rộng do thân các nơron vận động, kích thước lớn tạo nên. Sừng sau hẹp, do các nơron cảm giác, kích thước nhỏ tạo nên. Sừng bên do thân các nơron dinh dưỡng tạo thành.
Ngoài ra, tia chất xám còn ăn sâu vào phần chất trắng giữa sừng bên và sừng sau tạo thành lưới tủy.
Một số nơron thần kinh trong chất xám tụ tập lại thành nhân (còn gọi là nhân chất xám) và một số nơron nhỏ nằm rải rác tạo nên các nơron tổng hợp làm nhiệm vụ liên lạc giữa nơron cảm giác và nơron vận động thuộc cùng một đốt tủy.
Chất trắng
Chất trắng nằm bao bọc quanh các chất xám, do các sợi trục của nơron tủy tạo nên, tạo thành các đường đi lên và đi xuống. Các sợi trực của các nơron cảm giác tạo lên đường hướng tâm (đường đi lên).Các sợi trực của nơron vận động tạo lên đường li tâm (đường đi xuống). Ngoài ra còn có các sợi trục của các nơron liên hợp tạo thành bó chất trắng nối các trung khu với nhau. Các sợi trục tạo thành chất trắng đều được bao melin bao bọc không liên tục.
Phần chất trắng ở mỗi bên tủy sống tạo thành 3 cột: trước, sau, bên. Có bó hướng tâm, li tâm, bó liên hợp:
Các bó hướng tâm
Gồm bó tủy sau giữa (bó Burdach); bó tủy sau bên (bó Goll); bó tủy – tiểu não sau (bó tiểu não thẳng); bó tủy – tiểu não trước (bó tiểu não bắt chéo) và bó tủy – thị (bó cung)
Các bó li tâm
Gồm 3 bó: bó tháp thẳng, bó tháp chéo và các bó ngoại tháp (gồm bó đỏ – tủy; bó thị – tủy, bó tiền đình – tủy)
Các bó dẫn truyền riêng trong tuỷ
Gồm 3 bó: là bó lưng, bó bên và bó bụng. Các dây thần kinh đi ra từ tủy sống, tất cả các dây thần kinh đi từ tủy sống đi ra đều là dây pha. Một nửa bên phải của ủy sống đóng giữ vai trò sinh dưỡng đối với cơ thể. Một nửa bên trái của tủy sống giữ vai trò điều khiển cơ vân (trung ương phản xạ không điều kiện).
