En contraste con el sistema somático, en el cual una neurona originada en el SNC actúa directamente sobre el órgano efector, el sistema nervioso autónomo posee dos neuronas entre el SNC y el órgano efector. Por añadidura, la sinapsis entre las fibras posganglionares y los órganos efectores difieren en ambos sistemas . En contraste con el sistema somático, el autónomo cuenta con sinapsis posganglionares que se ramifican y desde las que el neurotrasmisor se difunde a cierta distancia hasta las células efectoras, con lo que contribuyen a los efectos mas prolongados y generalizados que se producen en el sistema somático.

Las células de músculo liso estimuladas por el neurotransmisor activan a las células de músculo liso adyacentes para que se contraigan mediante relevo de la información por medio de uniones comunicantes o de intersticio.

Los cuerpos celulares de las primeras neuronas de la cadena autónoma están localizadas en el SNC, y sus axones suelen ser mielínicos, en tanto que los cuerpos celulares de las segundas neuronas se encuentran en los ganglios autónomos, que están fuera del SNC, y sus axones suelen ser amielínicos, aunque siempre están revestidos por células de Schwann. Es en estos ganglios en los que los axones de las fibras preganglionares (primeras neuronas) hacen sinapsis con las fibras posganglionares multipolares (segundas neuronas), cuyos axones salen a continuación de los ganglios para llegar a los órganos efectores (músculo liso, músculo cardiaco y glándulas). Es importante recordar que las fibras preganglionares hacen sinapsis solo una vez y nada mas con cuerpos celulares de fibras posganglionares.

La acetilcolina es el neurotransmisor en toda la sinapsis entre las fibras preganglionares y posganglionares y entre las terminaciones posganglionares parasimpaticas y los órganos efectores. La noradrenalina es el neurotransmisor a nivel de sinapsis entre las fibras simpáticas postganglionares y los órganos efectores. En general, las fibras preganglionares del sistema simpático son cortas, en tanto que las posganglionares son largas. En contraste, las fibras preganglionares para simpáticas son largas y las postganglionares cortas.

El sistema nervioso autónomo se subdivide en dos divisiones funcionalmente diferentes, los sistemas simpático y parasimpático (fig. 9-24e).