AUTONOMNI ŽIVČANI SUSTAV upravlja svim nesvijesnim i od volje nezavisnim funkcijama, kao što su probava, rad žlijezda i druge vegetativne funkcije, pa se radi toga zove još i vegetativni živčani sustav. Prema načinu djelovanja podijelio ga je Langley na 3 dijela: simpatični, parasimpatični i utrobni dio. Simpatični i parasimpatični dio djeluju na pojedine organe suprotno kao pravi antagonisti (simpatikus ubrzava rad srca, a parasimpatikus ga usporuje), a utrobni dio je u svojim funkcijama donekle i od njih nezavisan. Autonomni živčani sustav je izgrađen od malih živčanih stanica, koje imadu mnogo kraćih i duljih produljaka. One su smještene dijelom u središnjem živčanom sustavu, a dijelom izvan njega, u većim i manjim skupinama, koje se zovu čvorići (gangliji), od kojih su jedni poredani sa strane duž hrptenice (gangliji simpatičnog lanca), drugi ispred nje (plexus Solaris), a treći u stijenci nekih organa (plexus myentericus). Najdulji produljci onih živčanih stanica, koje leže u središnjem živčanom sustavu, izlaze iz njega i idu sve do spomenutih ganglija, gdje se obilno granaju, a zovu se predganglijske niti, dok najdulji produljci živčanih stanica u ganglijima odilaze od njih prema pojedinim organima i zovu se postganglijske niti. Tako je čitav autonomni živčani sustav sastavljen od velikog mnoštva živčanih stanica, predganglijskih i postganglijskih niti, koje prema periferiji oblikuju spletove (mreže), osobito u toku velikih arterija, a i u stijenci pojedinih organa (crijeva). Podražaj se od središnjih živčanih stanica do pojedinih organa ne provodi neposredno, već se prenosi na živčane stanice u gangliju, koje ga preko svojih najduljih produljaka (postganglijskih niti) dovedu do kraja. Put, kojim prolazi podražaj, vodi dakle preko dviju stanica i njihovih produljaka, kako je to prvi Langley ustanovio, i sastoji se svaki put od po dva neurona: središnjeg sa živčanom stanicom u središnjem živčanom sustavu, i perifernog, sa živčanom stanicom u gangliju. Predganglijska nit se unutar ganglija obilno razgrana, i tako može obuhvatiti više živčanih stanica u njemu, a posljedica toga je, da se podražaj od jednog središnjeg neurona može prenijeti na više perifernih neurona. Središte, koje upravlja radom autonomnog živčanog sustava, nalazi se u velikom mozgu u predjelu velike jezgre talamusa i u produljenoj moždini, ali put, kojim ide to upravljanje, nije još poznat. Isto tako nije još točno poznat ni njegov spoj s organom svijesti, moždanom korom, ali taj spoj nesumnjivo postoji.

Simpatikus (od grč. συμπαϑεῖν »imati sućut«) djeluje na čuvstvene izražaje. Bljedoća od straha, lupanje srca, jeza kože i slične pojave su njegovo djelo. On djeluje na funkcije mnogih organa: podražuje znojne žlijezde na izlučivanje znoja, steže glatke mišiće gotovo svih arterija, raširuje zjenicu oka, ubrzava rad srca, a na crijeva i želudac djeluje tako, da ih sprečava u radu. Sastavljen je od središnjeg i perifernog dijela. Središnji započinje sa živčanim stanicama, koje leže u sivoj tvari hrptene moždine i to u pobočnom stupu. Siva tvar u hrptenoj moždini je smještena u sredini, a bijela periferno od nje. Poprečni presjek kroz hrptenu moždinu pokazuje, da siva tvar ima oblik slova H, i u tom se raspoređaju ona proteže, mijenjajući prema okolišu ponešto svoj oblik, duž čitave hrptene moždine, tako da kao cjelina oblikuje stupove, i to na svakoj strani po jedan prednji i jedan stražnji. Između prednjeg i stražnjeg stupa nalazi se još i poseban pobočni stup, u kojem je, počevši od 8. vratnog do 3. slabinskog segmenta, uložena simpatična jezgra. Od živčanih stanica, koje su u toj jezgri, odilaze kao njihovi nastavci predganglijske niti i ulaze u ganglije, koji su poredani duž čitave hrptenice i krstače s jedne i druge strane. Ti gangliji oblikuju simpatični lanac (truncus sympathicus). Ispred vratnog dijela hrptenice nalaze se u simpatičnom lancu 3 takva ganglija, od kojih je gornji najveći, srednji malen i promjenljiv, a donji često spojen s prvim grudnim ganglijem, tako da u tom slučaju nastaje jedan veći ganglij zvjezdolikog oblika (ganglion stellatum). U grudnom dijelu simpatičnog lanca ima 10—12 ganglija, koji leže ispred rebranih glavica, a u trbušnom njegovu dijelu su 4 ganglija, postavljena više na prednjoj strani trupova slabinskih kraliješaka. U krstačnom dijelu simpatičnog lanca leže 3—4 takva ganglija na prednjoj strani krstače, te prema trtici konvergiraju tako, da se na njenu vršku spaja desni i lijevi simpatični lanac u jedan neparni trtični ganglij. Na prednjoj strani hrptenice oko trodjelne arterije (a. coeliaca) na aorti i između nadbubrežnih žlijezda nalazi se još čitav niz spljoštenih i međusobno povezanih ganglija, to su ganglia coeliaca (ganglion coeliacum dextrum i sinistrum). Nešto niže od tih ganglija također na prednjoj strani hrptenice smješten je na početku gornje i donje crijevne arterije po jedan ganglij, gornji i donji crijevni ganglij (ganglion mesentericum craniale i caudale). Od svih tih ganglija, odnosno od živčanih stanica, koje su smještene u njima, odilaze kao njihovi nastavci postganglijske niti u obliku simpatičnih živaca ili spletova prema pojedinim organima, i to izravno ili priključeni uz spinalne živce. Tako od vratnih ganglija odilazi nekoliko simpatičnih živaca za vrat i glavu (nervus caroticus externus i internus), za ždrijelo (n. pharyngici) i 3 živca za srce (n. cardiacus cranialis, medius i caudalis). Od grudnog dijela simpatičnog lanca odilaze kratki živci za grudne organe, pluća, krvne žile i jedan dio jednjaka, zatim 2 dugačka živca za trbušne organe, veliki i mali trbušni živac (nervus splanchicus maior i n. splanchicus minor). Slabinski dio simpatičnog lanca šalje niti, koje čine splet oko trbušne aorte (plexus aorticus abdominalis), i on se zajedno s aortom dijeli na desni i lijevi dio, iz kojeg se priključkom postganglijskih niti od krstačnog dijela simpatičnog lanca stvara zdjelični splet (plexus hypogastricus). Za simpatikus je značajno, da sve njegove niti idu preko simpatičnog lanca, pa i one, koje se ne prekopčavaju u njemu, nego samo prođu kroza nj, da bi se prekopčale u kojem drugom gangliju. Tako su trbušni živci sastavljeni od predganglijskih niti, koje samo prođu kroz ganglije simpatičnog lanca i prekapčaju se tek, kad dođu u ganglia coeliaca. Značajno je za simpatikus i to, da on čini spletove, mreže, koje su sastavljene od simpatičnih niti i simpatičnih ganglija. Jedan od najvećih i najrazgranjenijih spletova je plexus solaris u trbušnoj šupljini, nazvan mozak trbušne šupljine. Sastavljen je od ganglia coeliaca i od simpatičnih niti, koje ulaze u nj i koje odilaze od njega zrakasto na sve strane po granama aorte, u obliku manjih spletova, prema pojedinim organima. Tako postoji jetreni splet, želučani splet, splet za slezenu, zatim gornji i donji crijevni splet. Od svih navedenih spletova najbogatiji je nitima nadbubrežni splet, od kojeg se nastavlja po sjemenskoj arteriji (a. spermatica) sjemenski splet za inervaciju muške spolne žlijezde, odnosno jajnika.

Parasimpatikus (grč. παρά »uz« i simpatikus) i simpatikus nastupaju uvijek zajedno, tako da drže jedan drugome ravnotežu. Započinje u srednjem mozgu, produljenoj moždini i u krstačnom dijelu hrptene moždine, pa se prema tome dijeli na tri dijela: na parasimpatikus srednjeg mozga, produljene moždine i na krstačni parasimpatikus. Put parasimpatičnih niti iz središnjeg dijela vodi preko moždanih, odnosno spinalnih živaca na periferiju. Tako se predganglijske parasimpatične niti, koje dolaze od živčanih stanica iz srednjeg mozga, priključe živcu, koji pokreće oko (nervus oculomotorius), i u cilijarnom gangliju prenesu podražaj na živčane stanice u njemu, koje će ga preko postganglijskih niti dovesti u kružni mišić šarenice i u akomodacioni mišić (musculus sphincter pupillae i m. ciliaris). Predganglijske niti, koje dolaze od živčanih stanica iz produljene moždine, priključuju se na tri moždana živca, na živac za lice (nervus facialis), zatim na živac za jezik i ždrijelo (n. glossopharyngicus) i na utrobni živac (n. vagus) i, nakon što su se prekopčale na živčane stanice u odnosnim ganglijima, odlaze od njih produljci kao postganglijske niti na sve žlijezde glave, a to su suzna, podušna, podjezična, podčeljusna žlijezda, kao i mnogobrojne druge manje žlijezde, koje se ulijevaju u nosnu ili u usnu šupljinu. S utrobnim živcem parasimpatične niti dobivaju: srce, pluća, želudac, zatim jetra, gušterača i bubrezi. Od krstačnog parasimpatikusa, koji se proteže od 3. slabinskog segmenta do donjega kraja, odlaze niti za zdjelične organe: zadnje crijevo, mokraćni mjehur te unutrašnje i vanjske spolne organe. Parasimpatikus djeluje na sve one organe, na koje djeluje i simpatikus, samo sa suprotnim učinkom, kao što je već spomenuto. Tako on sprečava izlučivanje znoja, sužuje zjenicu, usporuje rad srca, a ubrzava rad želuca i crijeva.

Utrobni dio autonomnog živčanog sustava sastoji se od nakupina ganglijskih stanica, koje leže u stijenci nekih organa kao srca, mokraćnog mjehura, sjemenih mjehurića. U crijevima je između mišićnih slojeva, kao i ispod sluznice razvijen čitav splet, plexus myentericus i submucosus. U vezivnom tkivu u blizini suženog dijela maternice nalazi se ganglij, koji djeluje na glatke mišiće maternice i njezinu sluznicu. To je Frankenhäuserov ganglij.