Les douze nerfs crâniens innervent les muscles et la peau de la tête et du cou.

Le nerf vague, le nerf sacré et les nerfs accessoires innervent également d'autres parties importantes, dans tout l'organisme. Ces nerfs prennent naissance au niveau de la protubérance annulaire, du prosencéphale, du bulbe rachidien et de la partie supérieure de la moelle épinière, entre les cinq premières vertèbres cervicales.

Les quatre premiers nerfs sont le nerf olfactif (1er), innervant la muqueuse nasale et intervenant dans l'odorat, le nerf optique (2e) innervant la rétine et intervenant dans la vision, le nerf moteur oculaire (3e) innervant la pupille et les cils de l'œil et le nerf pathétique (4e) innervant les muscles supérieurs obliques de l'œil.

Le nerf crânien suivant est le nerf trijumeau (5e), qui donne naissance à trois nerfs : ophtalmique (œil), maxillaire supérieur (mâchoire supérieure et face) et maxillaire inférieur (mâchoire inférieure, langue et région auriculo-temporale).

Les sixième, septième et huitième nerfs sont respectivement le nerf moteur oculaire externe (muscle droit externe de l'œil), le facial (muscles de la face et de l'oreille) et l'auditif (structures de l'oreille externe et interne).

Le neuvième nerf crânien est le nerf glosso-pharyngien, innervant le pharynx, la langue et le tympan de l'oreille.

Le dixième nerf crânien, le nerf vague, possède de nombreuses ramifications innervant de nombreux organes importants, tels que le cœur, les poumons et l'estomac.

Le onzième nerf crânien est le nerf spinal, innervant les structures du cou et de la gorge, y compris le pharynx et les ganglions lymphatiques cervicaux.

Le douzième nerf crânien est le nerf hypoglosse, innervant la langue.

Le septième nerf crânien est le nerf facial. Il innerve tous les muscles faciaux, ainsi que les papilles gustatives de la langue. Le nerf facial a pour origine la partie dorsale de la protubérance annulaire et se divise en plusieurs ramifications avant d'atteindre les muscles faciaux. Le nerf facial est important pour l'expression du visage et pour le goût.

Le nerf moteur oculaire externe est le sixième nerf crânien. Il prend naissance au niveau de la partie dorsale de la protubérance annulaire et se dirige vers le muscle droit externe de l'œil. Le nerf quitte le cerveau par le sillon situé entre le bulbe rachidien et la partie postérieure de la protubérance annulaire, traverse le sinus et entre dans l'œil par la fente sphénoïdale. Le nerf moteur oculaire externe permet de tourner les yeux vers l'extérieur. Le nerf auditif est le huitième nerf crânien. Il s'étend de l'oreille au cerveau. La portion cochléaire de ce nerf conduit l'onde sonore de l'oreille interne au cerveau et les portions vestibulaires transmettent les sensations relatives à l'équilibre des canaux semi-circulaires de l'oreille interne jusqu'au cerveau.

Le nerf auditif est important pour l'audition et l'équilibre. Le neuvième nerf crânien est le nerf glosso-pharyngien. Il s'étend du pharynx et des papilles gustatives de la langue (plus précisément, du tiers postérieur de la langue) au bulbe rachidien du cerveau en passant par le trou déchiré postérieur et du cerveau jusqu'aux muscles du pharynx et aux glandes salivaires. Il est important pour les sensations du pharynx, le goût, les mouvements de déglutition et la sécrétion de la salive.

Le douzième nerf crânien est le nerf hypoglosse. Il a pour origine le noyau allongé du bulbe rachidien situé dans le cerveau et se dirige vers les muscles extrinsèques et intrinsèques de la langue. Il commande les mouvements de la langue et est important pour parler et manger.

Le troisième nerf crânien est le nerf moteur oculaire. Il prend naissance au niveau du mésencéphale, au-dessous de l'aqueduc de Sylvius et se dirige vers les muscles extrinsèques de l'œil, à l'exception du muscle droit externe et du supérieur oblique. Il passe également au niveau du muscle releveur de la paupière supérieure, du muscle ciliaire et du sphincter de la pupille. Le nerf moteur oculaire est important pour le mouvement des yeux.

Le bulbe olfactif est une extension du cortex, située juste au-dessus des fosses nasales. Les fibres du bulbe olfactif rejoignent le pédoncule olfactif, qui possède des ramifications se dirigeant vers différentes structures situées sur la face inférieure du cortex ou à proximité, en particulier au niveau de zones jouant un rôle dans les réponses émotionnelles et dans l'odorat.

Le pédoncule olfactif est une bande blanche de cellules nerveuses. Il part du lobe frontal du cerveau, depuis les cellules mitrales et les cellules en touffes du bulbe olfactif, au niveau du nez et est fixé à la base des hémisphères cérébraux. Le pédoncule olfactif se ramifie vers différentes zones situées sur la face inférieure du cortex ou à proximité, en particulier celles qui jouent un rôle dans les réponses émotionnelles et dans l'odorat.

Le chiasma optique est situé sur la face inférieure de l'hypothalamus, près de la glande pituitaire. Les nerfs optiques se croisent en formant un " X " au niveau du chiasma optique. C'est à ce niveau que les fibres provenant de la moitié interne (ou nasale) de chaque rétine se croisent et rejoignent la bandelette optique située du côté opposé et continuent ensuite vers le cerveau. Les informations visuelles, provenant des yeux, sont transmises au cortex visuel situé à l'arrière de la tête. L'œil gauche et l'œil droit voient le même objet, mais sous des angles légèrement différents. Les informations provenant du côté droit de l'œil gauche et du côté droit de l'œil droit atteignent le côté droit du cortex visuel. Les informations provenant de l'œil gauche passent du côté droit au niveau du chiasma optique.

Le nerf optique, second nerf crânien, provient des cellules ganglionnaires de la rétine, sort de l'orbite par le canal optique et atteint le chiasma optique. Les fibres du nerf optique passent du côté opposé et continuent vers le cerveau le long de la bandelette optique. Les influx nerveux provenant des bâtonnets et cônes de la rétine sont transmis au cerveau le long de la bandelette optique.

La bandelette optique est le prolongement du nerf optique. Il est constitué d'un faisceau d'environ 1 million de fibres nerveuses et s'étend du chiasma optique aux lobes occipitaux du cerveau. Les fibres du nerf optique se croisent au niveau du chiasma optique et deux bandelettes optiques symétriques rejoignent l'arrière du cerveau par la base de l'hypothalamus. Les influx nerveux importants pour la vision sont transmis au cerveau à partir des cellules ganglionnaires de l'œil le long de la bandelette optique.

Le cinquième nerf crânien est le nerf trijumeau. Il émerge de la partie dorsale de la protubérance annulaire, sous forme de deux racines : une racine sensorielle et une racine motrice. La racine sensorielle s'étend de la peau à la muqueuse de la tête et des dents à la protubérance annulaire. La racine motrice s'étend de la protubérance annulaire aux muscles masticateurs situés dans la mâchoire et les joues. C'est le nerf sensoriel principal de la face. Il est important pour la face, le cuir chevelu, les dents et les muscles masticateurs.

Le nerf pathétique est le quatrième nerf crânien. Il quitte le mésencéphale sous l'aqueduc de Sylvius par la fente sphénoïdale et se dirige vers le muscle oblique supérieur de l'œil. Il est important pour les mouvements de l'œil.

La protubérance annulaire est située dans le tronc cérébral, verticalement, entre le mésencéphale et le bulbe rachidien et, sagitalement, entre le cervelet et la glande pituitaire. Elle sert de pont entre les hémisphères cérébraux, le cervelet et le bulbe rachidien et facilite ainsi la coordination entre les fonctions des deux côtés du corps et celles de la face et de la mâchoire. Les racines des nerfs cervicaux cinq à huit sont reliées à la protubérance annulaire.

Le bulbe rachidien, partie la plus basse du tronc cérébral, constitue une voie de connexion entre le cerveau et la moelle épinière. Situé dans le crâne au-dessus du trou occipital, en avant du cervelet, le bulbe rachidien contient un certain nombre de centres nerveux responsables du contrôle des processus involontaires comme les battements du cœur, la respiration, et la régulation de la température corporelle. Il ne mesure que 2,5 centimètres de large environ et représente moins de un pour cent du poids total du système nerveux central. En dépit de sa petite taille, il joue un rôle essentiel dans la transmission des impulsions nerveuses entre la moelle épinière et le cerveau supérieur. Beaucoup de fibres nerveuses se croisent dans le bulbe rachidien. Ainsi, de nombreuses impulsions provenant du côté droit du cerveau contrôlent les fonctions du côté gauche du corps, et inversement.