Тела преганглионарных симпатических нейронов залегают в боковых рогах грудного и поясничного отделов спинного мозга.
Тела постганглионарныхнейронов располагаются либо рядом с позвоночником (впаравертебральных ганглиях, две цепочки которых по бокам от позвоночника образуют симпатические стволы), либо в нервных сплетениях на некотором отдалении как от позвоночника, так и от органа-мишени (в превертебральных ганглиях,например в ганглиях чревного, или солнечного сплетения).
Преганглионарные симпатические волокна иннервируют также мозговое вещество надпочечников — переродившийся симпатический ганглий, выделяющий гормон адреналин. В связи с этим часто говорят о единой симпатоадреналовой системе.
В отдельных случаях нервы, относящиеся к симпатическим, действуют на органы-мишени посредством ацетилхолина (так называемые холинергические симпатические нервы). Такие нервы снабжают сосуды скелетных мышц и потовые железы.