Волокна глазодвигательного нерва отходят от ядра в среднем мозге , которое залегает в сером веществе дна водопровода головного мозга и уходит впереди водопровода на небольшое расстояние в дно III желудочка . От этого ядра волокна проходят вперед через покрышку , красное ядро и медиальную часть черной субстанции , образуя ряд изгибов с латеральной выпуклостью, и выходят из глазодвигательной борозды на медиальной стороне ножки мозга .
Ядро глазодвигательного нерва не состоит из сплошного столбика клеток, а распадается на ряд более мелких ядер, которые располагаются в две группы — переднюю и заднюю. В задней группе шесть нервов, пять из которых симметричны по обе стороны от средней линии, а шестой расположен в центре и является общим для нервов обеих сторон. Передняя группа состоит из двух ядер, передне-медиального и передне-латерального.
Ядро глазодвигательного нерва, рассматриваемое с физиологической точки зрения, можно разделить на несколько более мелких групп клеток, каждая из которых контролирует определенную мышцу.
Близлежащее ядро, ядро Эдингера-Вестфаля , расположено дорсальнее основного глазодвигательного ядра. Он отвечает за вегетативные функции глазодвигательного нерва, включая сужение зрачка и аккомодацию хрусталика.