El sistema antero-lateral se origina en terminales nerviosos de la piel, de un dedo de mano, por ejemplo, que funcionan como receptores de dolor algunos o como de temperatura otros. Los cuerpos celulares de esos terminales se encuentran en el ganglio sensitivo de la raíz dorsal del nervio raquídeo que inerva el dermatoma correspondiente.

La proyección central de esas neuronas penetra en la médula espinal para alcanzar las astas posteriores de la substancia gris y allí hace contacto con una segunda neurona del sistema. El axón de esta neurona cruza al lado opuesto y asciende hasta alcanzar el tálamo donde establece contacto sináptico con una tercera neurona, cuyo axón alcanza a la corteza somatosensorial somestésica, ubicada en la circunvolución (girus) post-central.

El vermis del cerebelo recibe información visual, auditiva y vestibular, así como información somestésica de la cabeza y las partes proximales del cuerpo. Posteriormente se proyecta a través del núcleo hastío en zonas del córtex y tronco del encéfalo relacionadas con el sistema que controla los músculos proximales del cuerpo y extremidades.

Las partes de los hemisferios que están al lado del cerebelo también reciben información somestésica de las extremidades y las proyectan hasta el núcleo rojo (origen del trato rubrospinal). Las neuronas talámicas a su vez proyectan hasta zonas del córtex motor primario que controlan las extremidades. Actuando sobre las neuronas origen, el cerebelo controla la musculatura de las extremidades.

En el subnúcleo caudal, se ubican las neuronas de segundo orden que reciben estímulos nociceptivos y de temperatura de la cara y la boca; sus axones se cruzan en la extensión de este subnúcleo, y ascienden contralateralmente, y establecen sinapsis en el tálamo con neuronas de tercer orden.