从神经系统到骨骼肌的最终共同通路是运动神经元。它的细胞体位于脊髓或脑干；它的轴突经由腹根或脑神经发出，并在神经肌肉接头处与肌纤维形成突触。

单个运动神经元及其支配的肌纤维构成一个运动单元。小型运动单元可实现精细控制；大型运动单元则产生更大的力量。运动神经元在决定是否放电之前，会整合来自感觉传入神经、中间神经元和下行通路的信息。它们的放电频率和募集顺序决定了肌肉收缩的力量和时间。

运动神经元的退化会导致肌萎缩侧索硬化症及相关疾病的进行性肌无力。神经肌肉接头处的毒素和自身免疫攻击也会损害运动输出。由于运动神经元体积大且易于操作，因此它们一直是研究兴奋性、突触传递和疾病机制的模型细胞。

每一个自主运动最终都依赖于这些细胞的可靠放电。