膈神经位于前斜角肌前面，椎前筋膜深面，由第3-5颈神经前支组成，向内下方斜降下行；其前方有胸锁乳突肌、肩胛舌骨肌中间腱、颈内静脉、颈横动脉和肩上动脉；左侧前方还邻接胸导管弓；内侧有颈升动脉上行。
该神经在颈根部经胸膜顶的前内侧，迷走神经的外侧，穿锁骨下动、静脉之间进入胸腔。
膈神经的起始部常发生变异形成副膈神经，出现率为48%，多起自颈5（占48.7%）或颈5、6（占27.6%），在膈神经的外侧下行（占85.2%），经锁骨下静脉的后方进入胸腔。副膈神经在锁骨下静脉的下方与膈神经结合者占多数（57.1%）。