A medula espinhal e o sistema nervoso estão relacionados no sentido de que a medula espinhal, juntamente com o cérebro, é um componente do sistema nervoso central (SNC). No SNC, as informações captadas pelo sistema de nervos e receptores em todo o corpo, conhecidas como sistema nervoso periférico (SNP), são interpretadas. O CNS também envia sinais para o PNS em resposta a essas informações. Como componente principal do SNC, a medula espinhal transmite sinais do PNS para o cérebro, além de transmitir impulsos do cérebro para o PNS, impulsos que instruem as pernas a dar um passo ou a mão a se afastar de uma superfície quente .
Uma espessa haste de nervos que corre da base do crânio até aproximadamente a segunda vértebra lombar na região lombar, a medula espinhal é composta de cadeias de células nervosas conhecidas como neurônios, que conduzem impulsos elétricos, envoltos por várias camadas de tecido protetor . Estes incluem a pia-máter, a mais interna das meninges ou membranas; a matéria aracnóide, a camada intermediária, semelhante a uma teia; e a dura-máter, a densa membrana externa. Para o exterior da dura-máter no espaço entre ela e o osso vertebral que a cerca, está o espaço peridural, que contém tecido adiposo ou gordura e vasos sanguíneos. Estes amortecem o tecido nervoso contra o osso e fornecem oxigênio e nutrientes, respectivamente.
Começando na base do tronco cerebral, onde surge da medula oblonga, a medula espinhal sai do crânio através de uma abertura chamada forame magno. Em seguida, entra na coluna vertebral, uma pilha de ossos vertebrais entrelaçados: sete na região cervical, 12 na região torácica, cinco na região lombar e os ossos fundidos de sacro e cóccix na pelve posterior. A medula espinhal passa através do atlas, a vértebra imediatamente abaixo do crânio e a coluna de ossos abaixo dela, através de um orifício logo posterior ao corpo de cada vértebra conhecido como forame vertebral. Ele continua até a altura da segunda vértebra lombar, terminando no filum terminale, um comprimento estreito de tecido nervoso que continua através do sacro e do cóccix.
Em cada segmento vertebral, a medula espinhal produz um par de nervos, 31 no total, que saem da coluna vertebral para inervar todos os principais tecidos e órgãos do corpo. Como a medula espinhal e o sistema nervoso como um todo funcionam para transferir informações entre o corpo e o cérebro, esses nervos emparelhados transmitem sinais em duas direções. Os nervos aferentes transmitem os impulsos nervosos do corpo para cima da medula espinhal e em direção ao cérebro, enquanto os nervos eferentes enviam informações do cérebro de volta pela medula espinhal para o corpo.