На поперечном срезе серое вещество имеет форму бабочки или буквы «Н» и окружает центральный канал. С каждой стороны выделяют столбы, которые на срезе выглядят как рога:
- Передние рога — крупные двигательные нейроны (альфа- и гамма-мотонейроны), аксоны которых идут к скелетным мышцам; в шейном и пояснично-крестцовом утолщениях рога особенно широки
- Задние рога — вставочные нейроны, на которых заканчиваются волокна задних корешков; здесь переключается болевая и температурная чувствительность. В основании рога лежит грудное ядро (Кларка), дающее начало пути к мозжечку
- Боковые рога — есть в сегментах C8–L2 (симпатические нейроны) и S2–S4 (парасимпатические нейроны); их аксоны выходят в составе передних корешков
Серое вещество обеих половин соединено серой спайкой вокруг центрального канала.
По цитоархитектонике Рекседа серое вещество делят на 10 пластин: I–VI — в заднем роге, VII — промежуточная зона, VIII–IX — передний рог, X — вокруг центрального канала.
Отростки нейронов, образующие три пары канатиков:
- Задние канатики — между задней срединной бороздой и задними рогами. Проводят глубокую (проприоцептивную) и тонкую тактильную чувствительность: медиально лежит тонкий пучок (Голля) от нижней половины тела, латерально — клиновидный пучок (Бурдаха) от верхней половины (начиная с Th4–Th6 сегмента)
- Боковые канатики — между передними и задними рогами. Содержат восходящие пути (латеральный спиноталамический, спиномозжечковые) и нисходящие (латеральный корково-спинномозговой, красноядерно-спинномозговой)
- Передние канатики — между передней срединной щелью и передними рогами. Содержат передний корково-спинномозговой, передний спиноталамический, преддверно-спинномозговой и покрышечно-спинномозговой пути
Близко к серому веществу проходят собственные пучки, связывающие сегменты между собой.
Нейроны серого вещества, корешки и собственные пучки обеспечивают сегментарные рефлексы без участия головного мозга. Каждый рефлекс замыкается в определённых сегментах:
- сгибательно-локтевой (с двуглавой мышцы) — C5–C6
- разгибательно-локтевой (с трёхглавой мышцы) — C7–C8
- коленный — L2–L4
- ахиллов — S1–S2
- брюшные рефлексы — Th7–Th12
- подошвенный — L5–S1
Надсегментарный аппарат — нисходящие пути от головного мозга — регулирует и тормозит сегментарные рефлексы.