Calea finală comună de la sistemul nervos la mușchiul scheletic este neuronul motor. Corpul său celular se află în măduva spinării sau trunchiul cerebral; axonul său iese printr-o rădăcină ventrală sau un nerv cranian și face sinapsă cu fibrele musculare la joncțiunea neuromusculară.

Un singur neuron motor și fibrele musculare pe care le inervează constituie o unitate motorie. Unitățile motorii mici permit un control fin; cele mari generează o forță mai mare. Neuronii motori integrează inputuri de la aferențele senzoriale, interneuroni și căile descendente înainte de a decide dacă să activeze. Rata lor de activare și ordinea de recrutare determină forța și momentul contracției musculare.

Degenerarea neuronilor motori produce slăbiciunea progresivă a sclerozei laterale amiotrofice și a bolilor asociate. Toxinele și atacurile autoimune de la nivelul joncțiunii neuromusculare afectează, de asemenea, randamentul motor. Deoarece neuronii motori sunt mari și accesibili, aceștia au fost celule model pentru studierea excitabilității, a transmiterii sinaptice și a mecanismelor bolilor.

Fiecare mișcare voluntară depinde în cele din urmă de funcționarea fiabilă a acestor celule.