Den sidste fælles vej fra nervesystemet til skeletmuskulaturen er motorneuronen. Dens cellekrop ligger i rygmarven eller hjernestammen; dens axon udgår via en ventral rod eller kranienerve og synapserer til muskelfibre ved den neuromuskulære forbindelse.

En enkelt motorneuron og de muskelfibre, den innerverer, udgør en motorisk enhed. Små motoriske enheder muliggør fin kontrol; store enheder genererer større kraft. Motoriske neuroner integrerer input fra sensoriske afferenter, interneuroner og nedadgående nervebaner, før de beslutter, om de skal affyre. Deres affyringshastighed og rekrutteringsrækkefølge bestemmer kraften og timingen af ​​muskelkontraktionen.

Degeneration af motorneuroner forårsager den progressive svaghed, der forårsages af amyotrofisk lateral sklerose og relaterede sygdomme. Toksiner og autoimmune angreb ved den neuromuskulære forbindelse forringer også motorisk output. Fordi motorneuroner er store og tilgængelige, har de været modelceller til at studere excitabilitet, synaptisk transmission og sygdomsmekanismer.

Enhver frivillig bevægelse afhænger i sidste ende af en pålidelig affyring af disse celler.