Den siste vanlige veien fra nervesystemet til skjelettmuskulaturen er motornevronet. Cellekroppen ligger i ryggmargen eller hjernestammen; aksonet går ut via en ventral rot eller kranialnerve og synapserer til muskelfibre ved den nevromuskulære overgangen.

En enkelt motorisk nevron og muskelfibrene den innerverer utgjør en motorisk enhet. Små motoriske enheter tillater finkontroll; store genererer større kraft. Motoriske nevroner integrerer input fra sensoriske afferenter, internevroner og nedadgående nervebaner før de bestemmer seg for om de skal avfyre. Avfyringshastigheten og rekrutteringsrekkefølgen deres bestemmer kraften og tidspunktet for muskelkontraksjonen.

Degenerasjon av motoriske nevroner forårsaker den progressive svakheten ved amyotrofisk lateral sklerose og relaterte sykdommer. Toksiner og autoimmune angrep ved det nevromuskulære krysset svekker også motorisk ytelse. Fordi motoriske nevroner er store og tilgjengelige, har de vært modellceller for å studere eksitabilitet, synaptisk overføring og sykdomsmekanismer.

Enhver frivillig bevegelse avhenger til syvende og sist av pålitelig avfyring av disse cellene.