迷走神经在颈、胸、腹均发出多个分支，支配颈部、胸腔内器官及腹腔内大部分脏器，通过传导器官和脏器的感觉冲动及控制心肌、平滑肌和腺体活动来调节循环、呼吸、消化三个系统。

(一)循环系统:

支配心脏的副交感神经节前纤维行走于迷走神经干中，这些节前神经元的胞体位于延髓的迷走神经背核和疑核。节后纤维支配窦房结、房室交界、心房肌、房室束及其分支，其中右侧迷走神经主要支配窦房结，左侧迷走神经主要支配房室交界区，迷走神经也支配心室肌，但其纤维末梢的数量远较心房肌中少。心迷走神经节后纤维末梢释放的乙酰胆碱(acetylcholine，Ach)作用于心肌细胞膜上的M型胆碱能受体后可引起心率减慢(即负性频率作用)、房室结传导减慢(即负性传导作用)、心房肌收缩力减弱(即负性肌力作用)，对心室肌也具有直接抑制作用，但心房肌对Ach的反应较心室更加敏感。此外，迷走神经纤维末梢释放的Ach与血管平滑肌的M型胆碱能受体结合，导致一氧化氮释放，引起血管舒张。主动脉弓压力感受器的传入神经纤维行走于迷走神经干内，进入延髓到达NTS，当动脉血压升高时压力感受器传入冲动增多，通过相关的心血管中枢整合作用，使心迷走紧张、心交感和交感缩血管紧张降低，其效应为心率减慢、心输出量减少、外周血管阻力降低、动脉血压下降，动脉血压升高时反之，从而对动脉血压进行快速调节。主动脉体内化学感受器的感觉信号也经迷走神经传入NTS，在低氧、窒息、失血、动脉血压过低和酸中毒时使心血管活动发生改变。

(二)呼吸系统:

迷走神经支气管支与交感神经共同构成肺丛，发出细支支配支气管、肺。迷走神经末梢释放Ach与气道表面的上皮和分泌细胞M型胆碱能受体结合，引起纤毛摆动频率增加和气道黏液分泌增加，与支气管平滑肌的M型胆碱能受体结合，引起支气管平滑肌痉挛、支气管收缩、气道张力增加。在肺部，迷走神经参与肺扩张反射，当肺扩张时牵拉呼吸道，使呼吸道扩张，刺激牵张感受器，沿迷走神经传入冲动进入延髓，加速吸气过程转换为呼气过程，使呼吸频率增加。此外，主动脉体内化学感受器在动脉血氧分压降低、动脉二氧化碳分压或氢离子浓度升高时受到刺激，感觉信号经迷走神经传入NTS，反射性地引起呼吸加深加快。

(三)消化系统:

在颈胸部，迷走神经的喉上神经分支主要支配环甲肌，紧张声带，并传导分布区的一般内脏感觉冲动。迷走神经的喉返神经分支运动纤维支配除环甲肌以外的所有喉肌，感觉纤维分布于声门裂以下的喉黏膜。迷走神经咽支支配咽缩肌和软腭肌的活动及咽黏膜感觉。因此，当一侧迷走神经损伤时，可因患侧喉肌全部瘫痪、咽喉黏膜感觉传导障碍而出现患侧咽反射和患侧喉受刺激时咳嗽反射消失，临床表现为声音嘶哑、语言障碍、吞咽障碍或呛咳等。双侧迷走神经损伤时，出现吞咽障碍、呼吸深慢，呼吸严重困难或窒息。在腹部，迷走神经节前纤维进入胃肠组织后，主要与肌间神经丛和黏膜下神经丛的神经元形成突触，节后纤维支配腺细胞、上皮细胞、血管和消化道平滑肌细胞。迷走神经节后纤维末梢释放的Ach通过激活M型胆碱能受体，使消化道收缩、腺体分泌增多，而消化道括约肌却松弛。