Dây thần kinh quay xuất phát từ bó sau của đám rối thần kinh cánh tay, đi phía sau động mạch cánh tay.

II. Ở cánh tay:

Thần kinh quay cùng với động mạch cánh tay sâu chui qua lỗ tam giác cánh tay  tam đầu ra vùng cánh tay sau, rồi chạy trong rãnh thần kinh quay ở mặt sau xương cánh tay. (Vì vậy khi gãy 1/3 giữa xương cánh tay thường hay tổn thương thần kinh quay ). Ra khỏi rãnh, dây quay chọc qua vách gian cơ ngoài để ra trước, rồi vào rãnh nhị đầu ngoài của hố khuỷu.

Ở vùng cánh tay sau, trong rãnh quay, dây quay cho các nhánh vận động đến cơ tam đầu cánh tay, và các nhánh cảm giác đến da vùng cánh tay ngoài và sau.

III. Ở khuỷu tay:

Trong rãnh nhị đầu ngoài, ở ngang mức nếp khuỷu thì thần kinh quay chia làm 2 ngành cùng xuống cẳng tay: nhánh nông cảm giác và nhánh sâu vận động.

IV. Ở cẳng tay:

- Nhánh nông: đồng hành với động mạch quay ở 1/3 giữa cẳng tay và được cơ cánh tay quay che phủ, cơ này được xem là cơ tuỳ hành của thần kinh quay. Đến khoảng 3 cm trên mỏm trâm quay thì dây quay rời khỏi động mạch quay, chạy vòng ra sau quanh bờ ngoài xương quay ở dưới gân cơ cánh tay quay, xuyên qua mạc và chia thành 4 – 5 thần kinh mu ngón tay để cảm giác cho nữa ngoài mu tay và hai ngón rưỡi hoặc ba ngón rưỡi các ngón tay ngoài:

o Nhánh thứ nhất vào bờ ngoài ngón tay I và vùng mô cái liền kề.

o Nhánh thứ hai vào bờ trong ngón tay I.

o Nhánh thứ ba vào bờ ngoài ngón tay II.

o Nhánh thứ tư vào các bờ kề nhau của ngón tay II và III.

Trừ ngón cái, các thần kinh mu ngón tay chỉ chi phối cho phần gần của mu các ngón tay vì phần xa của các ngón tay được chi phối bởi các nhánh gan ngón tay của các thần kinh giữa và thần kinh trụ.

- Nhánh sâu: đi giữa 2 lớp cơ ngửa, chạy vòng quanh cổ xương quay để ra vùng cẳng tay sau. Thần kinh phân nhánh vào cơ ngửa và khi thoát ra ở bờ dưới cơ này thì chia nhiều nhánh ở giữa 2 lớp cơ vùng cẳng tay sau để vận động các cơ vùng này: cơ duỗi các ngón tay, cơ duỗi ngón tay út, cơ duỗi cổ tay trụ… Lúc đầu, thần kinh chạy sau các cơ dạng ngón cái dài và duỗi ngón cái ngắn, sau  đó chui ra trước áp sát mặt sau màng gian cốt nên phần này được gọi là thần kinh gian cốt sau, đi xuống dọc theo động mạch gian cốt sau. Thần kinh chia nhánh vào tất cả các cơ lớp sâu của cẳng tay sau (trừ cơ cánh tay quay và cơ duỗi cổ tay quay dài do nhánh bên của thần kinh quay chi phối) và tận cùng như một nhánh tới khớp cổ tay.

V. Tổn thương thần kinh quay:

Ở trên khuỷu, thần kinh quay hay bị tổn thương ở 2 tình huống:

- Bị chèn ép ở nách do đi nạng kéo dài.

- Tổn thương đoạn nằm trong rãnh thần kinh quay khi gãy xương cánh tay.

2 trường hợp này đều dẫn đến dấu hiệu bàn tay rơi: cổ tay gấp, đốt gần gấp, do các cơ duỗi bàn tay và ngón tay bị liệt. Cơ tam đầu cánh tay thường chỉ bị liệt nếu thần kinh quay bị tổn thương ở nách. Khả năng cầm nắm đồ vật (gấp ngón tay) bị ảnh hưởng nặng do bàn tay không duỗi được.