Las fibras del nervio oculomotor surgen de un núcleo en el mesencéfalo , que se encuentra en la sustancia gris del suelo del acueducto cerebral y se extiende por delante del acueducto durante una corta distancia hasta el suelo del tercer ventrículo . Desde este núcleo, las fibras pasan hacia adelante a través del tegmento , el núcleo rojo y la parte medial de la sustancia negra , formando una serie de curvas con una convexidad lateral, y emergen del surco oculomotor en el lado medial del pedúnculo cerebral .
El núcleo del nervio oculomotor no está constituido por una columna continua de células, sino que está dividido en varios núcleos más pequeños, que se disponen en dos grupos, anterior y posterior. Los del grupo posterior son seis, cinco de los cuales son simétricos a ambos lados de la línea media, mientras que el sexto está situado en el centro y es común a los nervios de ambos lados. El grupo anterior consta de dos núcleos, uno anteromedial y otro anterolateral.
El núcleo del nervio oculomotor, considerado desde un punto de vista fisiológico, puede subdividirse en varios grupos más pequeños de células, cada grupo controlando un músculo particular.
Un núcleo cercano, el núcleo de Edinger-Westphal, se encuentra dorsal al núcleo oculomotor principal. Es responsable de las funciones autónomas del nervio oculomotor, incluidas la constricción pupilar y la acomodación del cristalino.
