椎動脈（vertebral artery，VA）自雙側鎖骨下動脈發出，向上走行在第6頸椎（C ₆）至第1頸椎——寰椎（C ₁）的橫突孔內，經枕骨大孔入顱，在腦橋腹側下部雙側椎動脈匯合成基底動脈。主要供應大腦半球后2/5部分、丘腦、腦干和小腦的血液。

椎動脈分為4段：

椎動脈自鎖骨下動脈發出向后上走行至入頸6橫突孔之前。椎動脈起始部是動脈硬化的好發部位。

椎動脈垂直走行于C ₆至C ₃之間的頸椎橫突孔內，上行并轉向外出樞椎，并呈倒“L”字形通過樞椎（C ₂），再通過C ₁橫突孔上行。頸椎骨質增生或頸部過度旋轉可以壓迫或損傷椎動脈。

椎動脈出C ₁橫突孔之后，止于穿過硬腦膜處。

經枕骨大孔入顱后向前內走行在斜坡的下部走向上，在腦橋與延髓交界處或其附近雙側的椎動脈合并形成基底動脈。

椎動脈在頸部發出肌支與脊髓支，肌支供給頸部深部肌肉，脊髓支與其他（如甲狀頸干或咽升動脈）動脈吻合供血給脊髓及被膜。椎動脈的顱內分支包括數支，有腦膜動脈、脊髓前動脈、脊髓后動脈及小腦后下動脈（PICA），其中PICA是椎動脈的最大分支、變化最多的動脈，供應延髓背外側、小腦后皮質、小腦扁桃體及齒狀核。

基底動脈（basilar artery，BA）走行在腦橋腹側正中溝，在腦橋與中腦交界處分為雙側的大腦后動脈（posterior cerebral artery，PCA），92%BA的終末分支位于腳間池。正常BA管徑為3～4mm，平均長32mm。基底動脈的主要分支有：腦橋支、小腦前下動脈、內聽動脈、小腦上動脈及大腦后動脈。PCA是基底動脈的終末支，其血流多數情況下來自椎-基底動脈系統，但25%～30%存在正常變異，PCA起自頸內動脈，血液來自頸內動脈系統，又稱為胚胎型大腦后動脈。以后交通動脈為界，大腦后動脈分為交通前段（P1）和交通后段（P2）。