Na początkowym odcinku naczynie otacza od przodu i boku konar mózgu, następnie kieruje się ku tyłowi i w bok na dolną powierzchnię płata skroniowego i dalej na powierzchnię dolną płata potylicznego. Gałęzie końcowe biegną w bruździe ostrogowej i bruździe ciemieniowo-potylicznej przechodząc na półkule mózgu.
Tętnica tylna mózgu oddaje liczne odgałęzienia, które dzielą się na gałęzie naczyniówkowe, gałęzie środkowe oraz gałęzie korowe.
gałęzie naczyniówkowe tylne – najczęściej występują dwie gałęzie naczyniówkowe tylne - gałąź boczna i przyśrodkowa, jednak ich liczba może dochodzić do czterech gałęzi.
gałąź naczyniówkowa tylna przyśrodkowa – od tętnicy tylnej mózgu odchodzi w jej początkowym odcinku, otacza konar mózgu biorąc udział w jego unaczynieniu, dalej biegnie w stropie komory trzeciej i dochodzi do naczyniówki komory bocznej. Unaczynia konary mózgu, pokrywę śródmózgowia, szyszynkę, wzgórze oraz sploty naczyniówkowe komory trzeciej i komór bocznych.
gałąź naczyniówkowa tylna boczna – zaopatruje sploty naczyniówkowe komory trzeciej i bocznej oraz częściowo wzgórze oraz jądro ogoniaste.
gałęzie środkowe – dzieli się je na dwie grupy naczyń: grupę przyśrodkową i boczną.
grupa przyśrodkowa – są to tętnice odchodzące z początkowego odcinka tętnicy tylnej mózgu, wnikają do mózgowia poprzez istotę dziurkowaną tylną. Zakres unaczynienia obejmuje konary mózgu, niskowzgórze, podwzgórze. Największe odgałęzienia – tętnice wzgórzowo-dziurkowane dochodzą do wzgórza.
Odmiany głównie dotyczą jej początkowego odcinka. W 10% tętnica tylna mózgu nie odchodzi od tętnicy podstawnej a od tętnicy szyjnej wewnętrznej[1]. Wówczas pomiędzy tętnicą tylną mózgu a tętnicą podstawną może przebiegać wąska tętnica łącząca podstawno-mózgowa tylna[1].
Zakres unaczynienia nabiera szczególnego znaczenia w przypadku choroby naczyniowej jaką jest udar mózgu. Objawy kliniczne w przypadku udaru w obrębie tętnicy tylnej mózgu: