La voie finale commune reliant le système nerveux au muscle squelettique est le motoneurone. Son corps cellulaire se situe dans la moelle épinière ou le tronc cérébral ; son axone en sort par une racine ventrale ou un nerf crânien et fait synapse sur les fibres musculaires au niveau de la jonction neuromusculaire.

Un motoneurone et les fibres musculaires qu'il innerve constituent une unité motrice. Les petites unités motrices permettent un contrôle précis ; les grandes génèrent une force plus importante. Les motoneurones intègrent les informations provenant des afférences sensorielles, des interneurones et des voies descendantes avant de décider de se contracter. Leur fréquence de décharge et leur ordre de recrutement déterminent la force et le moment de la contraction musculaire.

La dégénérescence des motoneurones est responsable de la faiblesse progressive observée dans la sclérose latérale amyotrophique et les maladies apparentées. Les toxines et les attaques auto-immunes au niveau de la jonction neuromusculaire altèrent également la motricité. Du fait de leur taille et de leur accessibilité, les motoneurones ont servi de modèles cellulaires pour l'étude de l'excitabilité, de la transmission synaptique et des mécanismes pathologiques.

Tout mouvement volontaire dépend en fin de compte du bon fonctionnement de ces cellules.