Oddychanie regulują dwa niezależne mechanizmy. Jeden odpowiada za kontrolę dowolną, drugi za kontrolę automatyczną. Układ odpowiedzialny za kontrolę dowolną znajduje się w korze mózgu i wysyła impulsy do motoneuronów oddechowych poprzez drogi korowo-rdzeniowe. Układ odpowiedzialny za kontrolę automatyczną znajduję się w rdzeniu przedłużonym i moście. Impulsy z tego układu aktywują motoneurony oddechowe, znajdujące się w szyjnym i piersiowym odcinku rdzenia kręgowego, unerwiające mięśnie wdechowe.
Motoneurony odcinka szyjnego rdzenia - powodują skurcz przepony przez nn. przeponowe. Motoneurony odcinka piersiowego - pobudzają mm. międzyżebrowe zewnętrzne.
Impulsy pobudzające docierają też do mięśni międzyżebrowych wewnętrznych i innych mięśni wydechowych.
Motoneurony oddechowe rdzenia kręgowego są to:
- motoneurony przeponowe zlokalizowane w rogach brzusznych istoty szarej szyjnych segmentów rdzenia kręgowego (od trzeciego do piątego) oraz
- motoneurony mięśni międzyżebrowych zewnętrznych zlokalizowane w rogach brzusznych istoty szarej segmentów piersiowych rdzenia kręgowego.
Włókna odpowiadające za wydech dochodzą do motoneuronów zlokalizowanych w odcinku piersiowym rdzenia i unerwiających mm.międzyżebrowe wewnętrzne.
W trakcie pobudzenia motoneuronów wdechowych dochodzi do hamowania motoneuronów wydechowych i odwrotnie. Motoneurony wdechowe i wydechowe spełniają swoją funkcję tylko wtedy, gdy są stymulowane impulsacją płynącą z rdzenia przedłużonego.
Obszar w rdzeniu przedłużonym, któiy kontroluje oddychanie nazywany jest ośrodkiem oddechowym. Wyróżniamy w nim:
- grzbietową grupę neuronów oddechowych : znajduje się w obrębie i obok pasma samotnego (NTS); składa się z neuronów wdechowych, z których część zaopatruje motoneurony przepony; otrzymuje ona impulsację dośrodkową = aferentną z interoreceptorów dróg oddechowych oraz z chemoreceptorów w kłębkach szyjnych i kłębkach aortalnych.
- brzuszną grupę neuronów oddechowych : leży w brzuszno-bocznej, przedniej części rdzenia przedłużonego; składa się ona głównie z neuronów rozrusznikowych, wdechowych i wydechowych i są to neurony generujące rytm oddechowy; część z nich wysyła długie włókna do rdzenia kręgowego, hamujące bezpośrednio motoneurony wdechowe rdzenia kręgowego.