На уровнях сегментов спинного мозга замыкаются дуги безусловных рефлексов. Например, удар молоточком по сухожилию ниже коленной чашечки вызывает раздражение рецепторов сухожилия, далее нервный импульс по задним корешкам поступает к клеткам задних рогов, затем передается на двигательные клетки передних рогов и уже в виде двигательного импульса по передним корешкам и двигательным волокнам направляется к мышце, вызывая ее сокращение, вследствие чего возникает разгибание голени. Рефлекторная дуга коленного рефлекса проходит через II — IV поясничные сегменты спинного мозга, дуга ахиллова рефлекса—через I—II крестцовые сегменты. Рефлекс с сухожилия двуглавой мышцы руки проходит через V—VI шейные сегменты, рефлекс с сухожилия трехглавой мышцы — через VI — VII шейные сегменты. Сегментарно-рефлекторный аппарат спинного мозга зависит от нисходящих импульсов, поступающих от коры по пирамидному пути, подкорковых образований, ретикулярной формации и мозжечка. Этими импульсами обеспечиваются произвольные движения и степень возбудимости сегментарного аппарата спинного мозга.
Кроме волокон, проводящих нисходящие импульсы, в спинном мозге имеются волокна, несущие восходящие (чувствительные, или афферентные) импульсы. Эти импульсы возникают в результате раздражения рецепторов кожи (поверхностные виды чувствительности — болевая, температурная), сухожилий, мышц и суставных поверхностей (суставно-мышечная глубокая, или проприоцептивная, чувствительность).
Проприоцептивные импульсы идут по задним и боковым канатикам спинного мозга, болевые и температурные импульсы— по боковым. Связь периферических рецепторов с клетками корковой части анализатора осуществляется через трехзвеньевую перекрестную цепь нейронов, причем этот перекрест для проприоцептивных проводников происходит на уровне продолговатого мозга, а болевых и температурных — на уровне спинного мозга. В задних рогах начинается второй нейрон, по которому передается болевая и температурная чувствительность. Он и переходит на другую сторону спинного мозга.
В выполнении любого акта принимает участие сложная иннервационная система спинного мозга. Так, например, для того чтобы плавно произошло сгибание руки, сгибатели должны сократиться, а разгибатели в какой-то мере расслабиться.